Des chercheurs de l'Université Macquarie ont démontré une nouvelle technique exploitant la présence d'atomes étrangers dans un cristal de diamant, utiliser la lumière pour affecter le mouvement de la nanoparticule entière - ouvrant la porte à l'application de puissantes technologies quantiques à la manipulation de nanoparticules ultrapetites et à un degré de contrôle sans précédent à l'échelle nanométrique.

La recherche, Publié dans Physique de la nature , a mesuré la force sur des cristaux de diamant à l'échelle nanométrique (qui sont aussi petits qu'un millième de la largeur d'un cheveu humain) qui ont été immergés dans l'eau et optiquement piégés par une pince à épiler optique à faisceau laser étroitement focalisé.

Le Dr Thomas Volz et ses collègues du Département de physique et d'astronomie et du Centre d'excellence de l'ARC sur les systèmes quantiques d'ingénierie (EQuS), ont constaté que lors du suivi du mouvement des nanodiamants individuels dans les pincettes optiques, les atomes artificiels ont eu une influence significative sur le mouvement des nanocristaux. C'est remarquable, d'autant plus que seuls quelques-uns de ces atomes étrangers interagissent réellement avec la lumière laser proche de la résonance.

"D'habitude, la lumière dans les pincettes optiques interagit avec la nanoparticule elle-même. Dans cette étude, cependant, un groupe d'atomes étrangers spéciaux a été introduit dans la nanoparticule de diamant. Lorsque la lumière laser est choisie près de la transition de ces atomes "spéciaux" étrangers, le mouvement de tout le cristal est affecté, bien qu'il n'y en ait qu'une dizaine, 000 de ces atomes dans un cristal composé d'environ 100 millions de carbones, " a déclaré le Dr Volz.

"Ces forces proches de la résonance sont généralement connues à partir de la manipulation d'atomes uniques par la lumière, mais pas dans le cas de la nanomanipulation. Cette recherche démontre pour la première fois l'effet de ces forces dans le contexte de la nanomanipulation. Plus intéressant encore, ces forces ne sont mesurables qu'en raison d'un effet unique qui est rarement observé dans la nature :une interaction coopérative des atomes étrangers entre eux. Ce n'est que par ces atomes agissant ensemble de manière coopérative que nous pouvons voir leur effet, " a déclaré le premier auteur, le Dr Mathieu Juan.

"Notre recherche est motivée par la possibilité de mettre au point une technique bien connue de la manipulation d'atomes dans le domaine de la manipulation de nanoparticules (dans un environnement liquide). La technique est puissante, et on peut penser à fabriquer des nanodiamants avec différents types d'atomes étrangers pour rendre leur effet encore plus fort et finalement piéger des nanoparticules aussi petites que quelques nanomètres de diamètre tout en les déplaçant systématiquement dans les cellules, " a déclaré le Dr Volz.

"Les forces que nous avons observées n'ont jamais été vues auparavant et avec ces possibilités passionnantes à portée de main, ces recherches pourraient conduire au développement d'un nouveau type de pince à épiler optique, qui aura des applications dans différents domaines. Au-delà des applications en biologie et en médecine où des pincettes optiques à résonance proche pourraient être utilisées pour la bio-imagerie et l'administration de médicaments, cette recherche pourrait avoir un impact sur les domaines de la nanotechnologie quantique et de la détection, " a déclaré le Dr Carlo Bradac, co-premier auteur.