Pesquisadores da Macquarie University demonstraram uma nova técnica que explora a presença de átomos estranhos dentro de um cristal de diamante, usando luz para afetar o movimento de toda a nanopartícula - abrindo a porta para a aplicação de tecnologias quânticas poderosas para a manipulação de nanopartículas ultra-pequenas e um grau sem precedentes de controle em nanoescala.

A pesquisa, publicado em Física da Natureza , mediu a força em cristais de diamante em nanoescala (que são tão pequenos quanto um milésimo da largura de um cabelo humano) que foram imersos em água e opticamente presos por uma pinça óptica de feixe de laser fortemente focado.

Dr. Thomas Volz e colegas do Departamento de Física e Astronomia e do ARC Center of Excellence on Engineered Quantum Systems (EQuS), descobriram que ao rastrear o movimento dos nanodiamantes individuais nas pinças ópticas, os átomos artificiais tiveram uma influência significativa no movimento dos nanocristais. Isso é notável, especialmente considerando que apenas alguns desses átomos estranhos realmente interagem com a luz laser quase ressonante.

"Usualmente, a luz na pinça óptica interage com a própria nanopartícula. Neste estudo, entretanto, um grupo de átomos estranhos especiais foi introduzido na nanopartícula de diamante. Quando a luz laser é escolhida perto da transição desses átomos "especiais" estranhos, o movimento de todo o cristal é afetado, apesar de haver apenas cerca de 10, 000 desses átomos dentro de um cristal feito de cerca de 100 milhões de carbonos, "disse o Dr. Volz.

"Essas forças quase ressonantes são normalmente conhecidas a partir da manipulação de átomos individuais pela luz, mas não no caso da nanomanipulação. Esta pesquisa demonstra pela primeira vez o efeito dessas forças no contexto da nanomanipulação. Ainda mais interessante, essas forças são mensuráveis ​​apenas por causa de um efeito único que raramente é observado na natureza:uma interação cooperativa de átomos estranhos entre si. Somente por esses átomos agindo juntos de forma cooperativa podemos ver seu efeito, "disse o primeiro autor, Dr. Mathieu Juan.

“Nossa pesquisa é motivada pela possibilidade de ser pioneira em uma técnica bem conhecida da manipulação de átomos no campo da manipulação de nanopartículas (em meio líquido). A técnica é poderosa, e pode-se pensar em projetar nanodiamantes com diferentes tipos de átomos estranhos para tornar seu efeito ainda mais forte e, por fim, prender nanopartículas tão pequenas quanto alguns nanômetros de diâmetro enquanto os move sistematicamente nas células, "disse o Dr. Volz.

"As forças que observamos não foram vistas antes e com essas possibilidades emocionantes em mãos, esta pesquisa pode levar ao desenvolvimento de um novo tipo de pinça óptica, que terá aplicações em diferentes campos. Além das aplicações em biologia e medicina, onde pinças ópticas quase ressonantes podem ser usadas para bioimagem e distribuição de medicamentos, esta pesquisa pode impactar os campos da nanotecnologia quântica e sensoriamento, "disse o Dr. Carlo Bradac, co-primeiro autor.