微环共振器囚禁粒子达数分钟

2010-7-27 00:00 来源: 科技日报
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  据美国物理学家组织网报道,哈佛大学的工程师借助硅基微型环形共振器,将粒子持续囚禁其上达到数分钟,这将为未来引导、传送和存储纳米粒子及全光学芯片上的生物分子奠定基础。相关研究报告发表在最近出版的《纳米快报》杂志上。

  微型环形共振器的半径仅为5微米至10微米,由电子束和反应离子蚀刻而成。在实验中,两个粒子被稳固地囚禁于微型环之上,这一过程与流体运动原理颇为相似,但规模更小,且物理机制也不甚相同。

  负责该研究的哈佛大学工程学及应用科学学院的电子工程学副教授肯尼斯·克罗齐耶解释说:“我们所证明的是‘共振腔’的囚禁能力,粒子将在引导下沿小型波导管运行至微型环形共振器上;一旦被置于微型环之上,光学作用力将阻止粒子逃脱,并使粒子持续均匀地环绕共振器进行运动。”

  当激光聚焦于波导管之中,光作用力可引发粒子沿波导管进行运动。而当粒子接近与波导管耦合的微型环时,其将在光作用力的牵引下由波导管转移至微型环上,并环绕微型环进行运动,速度可达每秒钟数百微米。

  虽然使用二维的环形共振器捕获粒子并非首次,但克罗齐耶及其同事针对这一技术提供了全新且全面的分析。值得一提的是,他们展示了硅基微型环对于光作用力的增强作用,其可比采用笔直的波导管增强5倍至8倍。

  克罗齐耶表示,令人兴奋的是,高速摄影机所记录的粒子追踪测量值揭示了巨大的横向作用力可稳固地捕获粒子,并使其在轨道中的标准偏差降至50纳米,这代表了在长距离范围内成功囚禁粒子的显著突破。这一研究的最终目标是发展和展示芯片上的完全光学操作,为引导、储存和传送生物粒子和人造粒子提供可行的途径。