(Phys.org)—Les chercheurs du NIST Center for Nanoscale Science and Technology Gregg Gallatin et Andrew Berglund (maintenant à Quantifind à Palo Alto, CA) ont déterminé le chemin optimal dans lequel balayer un faisceau laser afin de suivre une nanoparticule fluorescente lorsque la particule se déplace à l'intérieur d'un fluide ou d'un gaz en deux ou trois dimensions.
La capacité de suivre avec précision les nanoparticules est extrêmement utile en biologie, en dynamique des fluides à l'échelle nanométrique, et en nanotechnologie en général. En biologie, par exemple, si une ou plusieurs nanoparticules fluorescentes sont attachées à une protéine à l'intérieur d'une cellule, la position et l'orientation de cette protéine peuvent être suivies pendant qu'elle exécute ses fonctions à l'intérieur de la cellule. En nanofabrication, de nombreuses techniques impliquent la fusion de nanoparticules ou de nanostructures pour former des matériaux ou des dispositifs utiles et l'optimisation de ces processus nécessite des données précises sur la façon dont ces nanostructures se déplacent. Le chemin dérivé par les chercheurs est considéré comme optimal car il fournit les données les plus précises possibles sur la position de la nanoparticule en fonction du temps.
Les chercheurs ont développé une formule simple pour déterminer la précision globale de la position en fonction de divers paramètres de faisceau laser standard tels que l'intensité et la taille du faisceau. La formule du chemin optimal a été dérivée à l'aide d'une technique mathématique classique, le calcul des variations, et la solution résultante a été vérifiée en montrant qu'elle satisfait les conditions d'optimalité globale (c'est-à-dire que c'est la meilleure solution parmi toutes les solutions possibles) en utilisant la théorie du plan expérimental optimal. La précision de la position a été déterminée en utilisant des méthodes statistiques classiques. De façon intéressante, bien que le chemin puisse être lisse en deux dimensions, en trois dimensions, le faisceau doit sauter pour atteindre l'optimalité.
Alors que la formule de précision a été dérivée pour la forme de faisceau laser la plus courante, un gaussien, les chercheurs étendent leurs travaux pour montrer comment la modification de la forme du faisceau laser peut encore améliorer la précision du suivi.
