Группа исследователей из Рочестерского университета впервые в истории добилась левитации наноалмаза внутри вакуума с использованием лазерного луча. Этот прорыв может привнести существенный прогресс в развитии микроскопических датчиков и сенсоров.

Следует отметить, что это не первый случай, когда ученые используют лазерные лучи для левитации наночастиц. Однако этот случай требует отдельного упоминания, потому что наноалмазы являются оптически активным веществом. Они содержат азот-вакансии, которые могут излучать свет, что, в свою очередь, означает, что они способны делать что-то полезное, пока находятся в вакууме.

Сначала ученые экспериментировали с левитацией наноалмазов в воздухе, как на картинке сверху, однако сейчас исследователи смогли провернуть тот же трюк, но уже в вакууме. Находясь в воздухе, микроскопические частицы подвергаются бомбардировке различных молекул, что делает очень сложным процесс поддержания их парящего состояния. Состояние вакуума помогает справиться с этой проблемой.

«Это позволяет нам механически управлять наноалмазами, находящимися в состоянии левитации», — объясняет Леви Нойкирч, ведущий исследователь проекта, результаты которого были опубликованы в журнале Nature Photonics.

Постоянный контроль движения частиц, находящихся в вакууме и поддерживаемых лазером, а также изменяемая интенсивность света позволяет ученым удерживать частицы почти в статическом состоянии и двигать их только так, как им необходимо. Система использует два лазерных луча. Один лазер приводит в состояние возбуждения азот-вакансии наноалмаза, которые начинают излучать свет. Это обеспечивает ученых информацией о том, как следует настроить второй лазер, который захватывает наноалмаз и приводит его в состояние левитации в вакууме.

Несмотря на большой прогресс, ученые хотят добиться полного отсутствия колебаний наноалмаза, сделав его полностью статичным. Однако сейчас процесс, позволяющий это сделать, подразумевает использование температурной среды и давления, которые губительно сказываются на структуре наноалмазов.

Тем не менее метод должен оказаться полезным. Относительное отсутствие движения наноалмазов можно будет использовать для вычисления очень малой силы и вращающего момента. Даже незначительная сила будет толкать частицы, а излучаемый азот-вакансиями свет позволит изменять эти показатели. Это как очень маленькие весы, которые со временем должны стать еще точнее.