Nanomotory přímo poháněné světlem

Nanomotory přímo poháněné světlem

Vědci ze známé Kalifornské university si kreativně pohráli s výpočty a pak pomocí elektronové litografie, napařováním tenkých vrstev nanometrových rozměrů a chemickým „čarováním“ vytvořili miniaturní, volným okem neviditelné vrtulky ze zlata, které jen působením světla dokážou točit 4 tisíc krát většími křemennými destičkami.

Hotové deštičky fyzikové rozptýlili v demineralizované vodě, ale gravitace je uložila vodorovně na povrchu skleněné podložky. Když celý systém ozářil lineárně polarizovaný laserový paprsek s vlnovou délkou 810 nm (blízké infračervené záření), levotočivé vrtulky roztočily deštičky proti směru hodinových ručiček. Když vědci použili více než dvojnásobnou vlnovou délku (1 700 nm), rotace se změnila na pravotočivou - ve směru hodinových ručiček. Světlo s výkonem 1 miliwatt způsobilo rotaci s frekvencí 0,3 Hz, tedy jedna otáčka si vyžádala něco přes tři sekundy. Zatavením několika světelných nanomlýnů do jedné deštičky se při stejném světle dosáhne vyšší rychlost rotace.

Samozřejmě že to není tlak kolmo na vrtulky dopadajícího záření, co je nutí rotovat. Hnací sílou jsou rezonance povrchových plasmonů (polaritonů). Fotony jsou kvanta energie a když narazí na vodivý povrch kovu, můžou být absorbovány kvazi-volnými (vodivostními) elektrony, které se rozkmitají (obrázek pod článkem). V závislosti od vlnové délky vyvolávajícího světla, vlastností a tvaru vodivé kovové nanostruktury a dielektrické chrakteristiky okolního polarizovatelného izolátoru vznikají oscilace, jakési vybuzené hustotní elektronové vlny, které se podélně šíří a případně navzájem interferují.

Dopadající polarizované světlo vyvolává i na povrchu nanovrtulky, na rozhraní zlata s křemennou destičkou, plasmonické oscilace. Jejich výsledná struktura, tedy i charakter slabého elektromagnetického pole závisí od vzájemných interakcí plasmonů v tom-kterém bodě, což souvisí s tvarem a rozměry světelného nanomlýnku. Na některých místech sa tvoří elektromagnetická minima, na jiných maxima, jež jsou pak hlavními zdroji sekundárního vyzařování. Když má primární laserové světlo frekvenci blízkou některé plasmonové rezonanci, uspořádání maxim toků elektromagnetické energie a fázová synchronizace jimi vyzařovaných fotonů udělují nanomotoru moment hybnosti. Laserový paprsek s vlnovou délkou 810 nanometrů otáčí zlaté nanovrtulky doleva, ale jiný, s vlnovou délkou 1 700 nanometrů.

 

Zdroj: Osel.cz