Forskare Skapar Först Nano-Storleksanpassat Lätt Mal Motoriskt

Published on July 5, 2010 at 7:36 PM

Fördriva de underbara ljusa sabers i Stjärnan Kriger filmar återstår påhitt av George Lucas fertil fantasi som är ljust mal - roterande bilar drivande av ljust - som kan driva anmärker mer stor tusentals tider storleksanpassar in är nu faktumet.

Forskare med U.S.-Avdelningen av (DOE) Energis Laboratoriumet för den Lawrence Berkeley Medborgare och Universitetar av Kalifornien (UC) Berkeley har skapat som först lätt nano-storleksanpassas, mal motoriskt vars rotations rusa, och riktningen kan kontrolleras, genom att trimma frekvensen av incidentet, vinkar lätt.

Ming Liu (förgrund), Xiang Zhang och Thomas Zentgraf har skapat som först lätt nano-storleksanpassas, mal motoriskt vars rotations rusa, och riktningen kontrolleras av frekvensen av incidentet vinkar lätt. Detta bör öppna dörren till ett brett spänner av värdesakapplikationer i energi och biologi såväl som i nanoelectromechanical system. (Foto av Roy Kaltschmidt, Berkeley LabbStatlig affär)

Det kan inte hjälpa att erövra MörkerSidan, men detta nya ljust mal öppnar dörren till ett brett spänner av värdesakapplikationer, däribland en ny utveckling av nanoelectromechanical system (NEMS), sol- ljusa harvesters för nanoscale och bots, som kan utföra in - vivo behandligar av DNA och andra biologiska molekylar.

”Har Vi visat ett plasmonic bilar endast 100 nanometers storleksanpassar in, att, när De är upplyst med linjärt polariserat ljust kan frambringa ett vridmoment som är tillräckligt att köra enstorleksanpassad silicadisk 4.000 tajmar större i volym,” något att säga Xiang Zhang, en främsta utredare med det Berkeley Labb Uppdelning för Vetenskaper för Material, och direktören av Ucs Berkeley Nano-Fjäll Vetenskap och att Iscensätta Centrerar (SINAM), som ledde denna forskning. ”Förutom lätt att vara kompetent att kontrollera det rotations rusa, och riktningen av detta motoriskt, kan vi skapa sammanhängande samlingar av sådan bilar, som resulterar i mer stor vridmoment och snabbare rotation av microdisken.”,

Framgången av detta nya ljust mal stems från faktumet som styrkan som utövas på materien av ljust, kan förhöjas i en metallisk nanostructure, när frekvenserna av den ljusa incidentet vinkar är resonant med metallens plasmons - ytbehandla vinkar den rulle till och med en metalls ledningselektroner. Zhang och hans kollegor danade som lätt gammadion-formades, mal typ av nanomotoren ut ur guld- som planlades structurally för att maximera växelverkan mellan ljust och materien. Metamaterial-utforma strukturerar också framkallad vinkelformig momentum för orbital på det ljust som lade på i sin tur ett vridmoment på nanomotoren.

”Strukturerar den guld- Planar gammadionen kan beskådas som en kombination av lilla fyra LC-går runt för vilka de resonant frekvenserna är beslutsamma vid geometri och dielectricrekvisitan av belägga med metall,” något att säga Zhang. ”Resulterar det lagda på vridmomentet endast från gammadionstrukturens symmetri, och växelverkan med all ljus incident, tänder däribland som inte bär vinkelformig momentum. I grunden använder vi design för att koda vinkelformig momentum i strukturera sig själv. Eller Gaussian stråla.”, Sedan den vinkelformiga momentumen av det ljust inte behöver att förutbestämmas, kan den upplysande källan vara ett enkelt som polariseras linjärt, plan-vinkar,

Resultaten av denna forskning anmälas i föra journal överNaturNanotechnologyen i ett pappers- betitlat, ”plasmonic Ljus-Drivande nanoscale bilar.”, Co-Vara upphovsman till det pappers- med Zhang var Ming Liu, Thomas Zentgraf, Yongmin Liu och Grabben Bartal.

Det long har long varit bekant att fotonerna i en stråla av ljust bär både linjärt och vinkelformig momentum, som kan överföras till ett materiellt anmärker. Den Optiska pincetten och fällor, till exempel, baseras på riktaöverföringen av linjär momentum. I 1936 visade den Princeton fysiker Richard Beth att vinkelformig momentum - i endera dess snurrande eller orbital bilda - när han förändras av spridningen eller absorbering av den ljusa canjordbruksprodukter ett mekaniskt vridmoment på en anmärka. Föregående försök att exploatera denna överföring av vinkelformig momentum för ett roterande motoriskt har försvårats av svagheten av växelverkan mellan fotoner och materien.

”Bilar det typisk måste att vara åtminstone micrometres, eller även millimetrar storleksanpassar in för att frambringa ett tillräckligt belopp av vridmoment,” något att säga leder författare Ming Liu, en PhD-deltagare i Zhangs grupp. ”Har Vi visat, att i en nanostructurenågot liknande som vårt guld- ljust för gammadion mal, vridmoment förhöjs väldeliga av koppla ihop av incidentet lätt till plasmonic vinkar. Drivatätheten av vårt bilar är mycket kicken. Som en bonus, rotationsriktningen är controllable, baserade ett counterintuitive faktum på vad vi lärer från lindar mal.”,

Riktningsändringen, Liu förklarar, göras möjligheten av servicen av denbeväpnade gammadionen strukturerar för två ha som huvudämne resonansfunktionslägen - en våglängd av 810 nanometers och en våglängd av 1.700 nanometers. När De är upplyst med ett linjärt polariserat Gaussian, stråla av laser lätt på den kortare våglängden, det plasmonic bilar roterande moturs på en klassa av 0,3 Hertz. När De är upplyst med en liknande laser, stråla, men på den större våglängden, roterade nanomotoren på samma klassar av rusar men i en medurs riktning.

”När multipeln bilar integreras in i en silicamicrodisk, bilar vridmomenten som appliceras på disken från individen, ackumulerar och, det total- vridmomentet ökas,” Liu något att säga. ”For example, når fram till en silicadisk inbäddad med fyra plasmonic nanomotors den samma rotationen rusar med endast halvan av laseren driver applicerat som en disk inbäddad med en motorisk singel.”,

Nanoscalen storleksanpassar av detta nya ljust mal gör det ideal för att driva NEMS, var det högvärdigt är storleksanpassar på ganska än effektivitet. Frambringa förhållandevis kraftigt vridmoment i nanosized lätt mala har också talrika potentiella biologiska applikationer, däribland den kontrollerade avlindingen och tillbakaspolningen av DNA-dubblettspiralen. När dessa som är ljusa, mal, bilar optimeras structurally för effektivitet, dem kunde vara användbart för att skörda sol- energi i nanoscopic system.

”, Genom att planlägga multipel, bilar för att fungera på olika resonansfrekvenser, och i en singelriktning, kunde vi få vridmoment från det brett spänner av våglängder som var tillgängliga i solljus,” Liu något att säga.

Denna forskning stöttades av DOE'SENS Kontor av Vetenskap.

Last Update: 26. January 2012 08:11

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit