Les scientifiques travaillent depuis longtemps à améliorer leur capacité à utiliser des lasers pour déplacer de petits objets sans les toucher réellement. Cette méthode de « piégeage et manipulation optique » est déjà utilisée en optique, sciences biologiques et chimie. Mais les objets deviennent beaucoup plus difficiles à contrôler une fois qu'ils atteignent une taille nanométrique.

Maintenant, une équipe de scientifiques comprenant Keiji Sasaki de l'Université d'Hokkaido et l'Université de la préfecture d'Osaka et Hajime Ishihara de l'Université d'Osaka ont trouvé un moyen de déplacer des nanoparticules de diamant d'environ 50 nanomètres de diamètre, utilisant des lasers opposés. leurs expériences, publié dans la revue Avancées scientifiques , visent à approfondir la recherche sur le développement d'applications dans des domaines tels que l'imagerie biologique et l'informatique quantique.

"Nous pensons que notre approche peut permettre à une nouvelle classe de méthodologies de force optique d'étudier les caractéristiques des nanomatériaux avancés et des matériaux quantiques et de développer des nanodispositifs de pointe, " dit Sasaki.

Les nanodiamants ont des réseaux d'atomes de carbone qui contiennent parfois une imperfection dans laquelle deux atomes de carbone voisins sont remplacés par un atome d'azote et une lacune (centre fluorescent), qui affectent leurs propriétés mécaniques quantiques; les nanoparticules réagissent à la lumière différemment selon leur propriété de mécanique quantique. Les nanodiamants avec ce centre fluorescent (nanodiamants résonnants) absorbent la lumière verte et émettent une fluorescence rouge et sont à l'étude pour des applications en imagerie biologique, sources de détection et à photon unique. Les nanodiamants sans centres fluorescents sont non résonants.

Sasaki et ses collègues ont trempé une nanofibre optique dans des solutions de nanodiamants avec et sans centres fluorescents. Faire briller un laser vert à travers une extrémité de la nanofibre a piégé un seul nanodiamant avec des centres fluorescents et l'a éloigné du laser.

Nanodiamants résonants et non résonants se déplaçant dans des directions opposées

Les scientifiques ont démontré que, lorsqu'un laser vert et un laser rouge ont été braqués sur les nanodiamants des côtés opposés de la nanofibre optique, le mouvement des nanodiamants résonants et non résonnants pourrait être contrôlé indépendamment :pour les nanodiamants non résonants, le laser rouge les pousse plus fortement que le laser vert; cependant, les résonnants absorbent la lumière laser rouge et sont donc poussés plus fortement par le laser vert. Ainsi, ils pourraient être triés en fonction de leurs propriétés optiques. Par ailleurs, le nombre de centres fluorescents dans les nanodiamants résonnants a pu être quantifié en observant leurs mouvements dans ces conditions.

En utilisant cette technique pour piéger et manipuler les nanodiamants, les scientifiques ont démontré une preuve de concept. Leur prochaine étape serait de l'appliquer à des nanoparticules dopées en colorant organique, qui peuvent être utilisées comme nanosondes dans les systèmes de biodétection.