Single Nanoparticle Dynamics in Opto-Thermal Tweezers: Resolving the Temporal Resolution of Depletion Force Trapping
Aix Marseille Univ, CNRS, Centrale Med, Institut Fresnel, AMUTech(艾克斯-马赛大学、法国国家科学研究中心、中央理工学院马赛分校、费奈尔研究所);Light, Nanomaterials, Nanotechnologies (L2n) Laboratory, CNRS EMR 7004, University of Technology of Troyes(特鲁瓦理工大学)
通过单纳米颗粒级分析和亚毫秒时间分辨率,研究光热镊中耗尽力势阱捕获40 nm聚苯乙烯纳米颗粒的动力学,区分长时间捕获与瞬态局域化条件,并揭示热泳与扩散泳的相互作用。
2026-06-16 physics.optics
Plasmonic elliptical nanoholes for chiroptical analysis and enantioselective optical trapping
一个简单而有效的非手性平台,使用椭圆纳米孔手性分析。在线性偏振激发下,薄金膜中的椭圆纳米孔可以产生用于手征光学分析的局部手征光场,同时作为近场光阱捕获电介质和等离子体纳米球。特别地,捕获电势对于介电纳米球是对映选择性的,即,空穴根据样品手性捕获或排斥介电纳米颗粒。对于等离子体纳米球,捕获势阱比电介质颗粒深得多,使得对映选择性不太明显。该平台适用于基于纳米颗粒的固相萃取和预富集的手性分析。与使用手性结构或圆偏振光的等离子体手光学感测相比,椭圆形纳米孔是简单且有效的平台,预期其具有相对低的背景,因为来自纳米孔外部的结构或手性物质的手光学噪声被最小化。线性偏振激发的使用也使得平台容易与商业光学显微镜兼容。
2021-01-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Transfer of a levitating nanoparticle between optical tweezers
我们演示和表征的两个光镊之间的悬浮二氧化硅纳米球的转移,在低压下。两个光阱都安装在光纤的头上,并放置在真空室中的平移台上。我们的设置允许从实验室中物理分离粒子加载环境,其中第二个镊子可以将粒子定位在高精细度光学腔内。该分离防止在颗粒加载阶段期间损坏腔镜和腔室清洁度。我们的系统提供了一个非常可靠的和简单的可重复的协议,准备腔光学力学实验与悬浮纳米粒子,开辟了道路,系统的量子现象的研究和简化实现的传感设备。
2020-08-07 physics.optics quant-ph
Hopping of nanoparticles in optical tweezers governed by Mie resonances
Nonlinear Physics Center, Research School of Physics, Australian National University(澳大利亚国立大学物理研究学院非线性物理中心);School of Optoelectronic Engineering and Instrumentation Science, Dalian University of Technology(大连理工大学光电工程与仪器科学学部);Department of Electrical and Electronic Engineering, The University of Melbourne(墨尔本大学电气与电子工程系);Photonics Laboratory, Physics Unit, Tampere University(坦佩雷大学物理学单元光子学实验室)
研究光镊中纳米颗粒动力学,利用波长尺度颗粒支持的高阶米氏共振,在单高斯光束光镊中实现复杂颗粒动力学,揭示其为复杂光力内在机制,建立米氏共振纳米光子学平台。
2026-10-07 physics.optics
Single Molecule SERS in a Single Gold Nanoparticle-driven Thermoplasmonic Tweezer
表面增强拉曼散射(SERS)是一种光学敏感和化学特异性的检测单分子光谱特征的方法。在低激光功率下促进光学捕获纳米颗粒的这种能力仍然是一个重大的挑战。在这封信中,我们展示了单分子SERS签名在可逆组件中的捕获等离子体纳米粒子使用单一的激光激发(633 nm)。重要的是,这种陷阱是由滴注在玻璃表面上的单个金纳米颗粒的热等离子体场促进的。我们采用双分析物SERS技术来确定单分子的统计特征,并确定提供这种灵敏度的热等离子体镊子的关键参数。此外,我们展示了这种低功率($\approx$ 0.1 mW/ $μ$ m^2)镊子平台捕获单个金纳米颗粒和运输纳米颗粒组装体的效用。鉴于我们的配置是基于滴铸的金纳米粒子,我们设想其效用,以创建可重构的等离子体元流体在生理和催化环境中,并可以潜在地适应作为体内等离子体镊子。
2021-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.app-ph
Optical tweezers assisted coupling of nematic droplets to gold nanoparticle cluster: effect on whispering gallery modes
Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Pune(印度科学教育研究学院普纳分校)
本研究利用光学镊将向列滴状液晶与金纳米粒子簇耦合,实现对 whispering gallery modes 的调控,展示了通过动态耦合实现光子-等离子体耦合的高效方法。
2025-12-26 cond-mat.soft physics.optics
Tapered nanofiber trapping of high-refractive-index nanoparticles
一种基于纳米纤维的光镊。捕获是通过结合吸引近场光学梯度力与排斥静电力来实现的。直径为300 μ m的二氧化硅涂覆的Fe $_2$ O $_3$纳米球在距离表面50 nm处被捕获,光功率为810 $μ$ W,最大陷阱刚度为2.7 pN $μ$ m $^{-1}$。静电捕获力高达0.5 pN的实现,一个因素的50倍以上,可实现相同的光功率在传统的光镊。将光场直接有效地收集到微透镜中,能够超灵敏地跟踪纳米颗粒运动并提取其特征布朗运动谱,最小位置灵敏度为3.4 $Å/ \sqrt{\text{Hz}}$。
2013-10-22 physics.optics
Switchable optical trapping of Mie-resonant phase-change nanoparticles
利用VO₂相变纳米颗粒的Mie共振随相态改变,通过调节捕获光强实现光力在吸引与排斥间的可逆切换,为动态光镊及光学分选等应用提供新途径。
2024-06-28 physics.optics
Disruptive Forces in Metamaterial Tweezers for Trapping 20 nm Nanoparticles Based on Molecular Graphene Quantum Dots
本研究使用超材料等离激元光镊实现了20 nm分子石墨烯量子点纳米颗粒的捕获,发现光强超过临界值会导致约16°C温升并破坏捕获性能,从而确定了安全的光强区间,可用于荧光粒子和量子发射体的纳米定位及单光子源配置。
2024-10-15 physics.app-ph physics.optics
Fano-Resonant, Asymmetric, Metamaterial-Assisted Tweezers for Single Nanoparticle Trapping
等离子体纳米结构可以克服阿贝衍射极限以产生强梯度场,从而实现纳米尺寸颗粒的有效光学捕获。然而,在低入射激光强度下实现稳定的捕获仍然具有挑战性。在这里,我们展示了一个法诺共振辅助等离子体光镊(FAPOT),单个纳米粒子捕获在一个阵列的不对称分裂的纳米孔径,研磨在50 nm的金薄膜。通过调节俘获波长和改变入射激光强度实现了稳定的俘获。在930 nm的近共振捕获波长下,对于20 nm的聚苯乙烯颗粒,实现了8.65 fN/nm/mW的非常大的归一化陷阱刚度。我们发现,陷阱的共振刚度提高了63倍,相比非共振条件。这可以归因于超小的模体积,这使得大的近场强度和腔Purcell效应的贡献。这些结果将有助于在低入射捕获激光强度下实现强捕获,从而为研究单分子(如蛋白质、DNA或病毒)的跃迁路径提供新的选择。
2020-01-23 physics.app-ph physics.optics
Combinatorial nanoparticle patterns assembled by photovoltaic optoelectronic tweezers
光伏光电子镊子(PVOT)已被证明是一种有效的工具,用于操纵和大规模组装微/纳米物体。该技术依赖于由某些铁电材料(通常为LiNbO 3:Fe)在照射时由于体光伏效应而产生的强电场。尽管PVOT的快速发展和高质量的1D和2D粒子图案化的实现,旨在制造由多种类型的粒子组成的组合结构的研究工作一直很少。在此,我们制定了三种不同方法的工作原则,以应对这一悬而未决的挑战。为此,已经适当地利用了分别作用于中性粒子和带电粒子的介电泳和/或电泳。已经成功地获得了不同尺寸的金属纳米颗粒和介电纳米颗粒的简单混合结构。这些结果为未来通过PVOT制造更复杂的组合结构奠定了基础,其中微米/纳米颗粒是小型化功能器件的基本构建模块。
2022-03-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Tunable phase-gradient-based optical tweezers
传统的光镊是由高聚焦激光束的强度梯度产生的,但对强强度梯度的要求限制了光阱的可调谐性。在这里,我们展示了一种新型的光镊与可调势阱通过操纵光的相位梯度。用一种新的方法计算全息图,可以设计出理想的位相分布和光强分布。由相位梯度产生的光学力产生了可调的势阱,用于多功能的光学操作,例如在花生形光斑中捕获纳米颗粒,以及在我们的实验中证明的光学齿轮中定位和移动纳米颗粒。基于相位梯度的光镊具有设计灵活、易于控制等优点,为光阱和光操控开辟了一条新的途径。
2019-11-30 physics.ins-det physics.optics
Modelling Optomechanical Responses in Optical Tweezers Beyond Paraxial Limits
本文提出利用三维捕获光数值解精确模拟光镊并预测光力学参数,通过控制数值孔径和测量振荡频率验证方法准确性,为悬浮动力学中的光镊表征提供通用工具。
2024-11-18 physics.optics
From far-field to near-field micro- and nanoparticle optical trapping
光镊是一种非常成熟的技术,在过去的几十年中已经发展成为捕获和操纵微米和亚微米颗粒的标准工具,并取得了巨大的成功。虽然光的性质限制了由于阿贝衍射极限而可以有效捕获的最小颗粒尺寸,但科学家们已经通过设计利用近场效应的新设备来克服这个问题。如今,可以制造金属纳米结构,其在激光照射下产生不受衍射极限影响的次级等离子体场。这一进步提供了一个很大的改进,在纳米粒子捕获,因为它放宽了捕获要求相比,传统的光镊。在这项工作中,我们回顾了传统的光镊,所谓的等离子体镊子,和相关现象的基本原理。从Arthur Ashkin的想法开始,直到最近的改进和应用,我们提出了这些技术所面临的一些挑战以及它们的未来前景。在这次审查的重点是连续改进的技术和创新方面,已设计克服一些主要的挑战。
2020-01-21 physics.app-ph physics.optics
Theory of nanoparticle cooling by elliptic coherent scattering
相干散射的椭圆偏振镊子到腔模式提供了一个有前途的平台,用于冷却悬浮的纳米粒子到其组合的旋转和平移量子制度[物理评论Lett. 126,163603(2021)]。本文介绍了椭圆偏振激光束如何影响非球面纳米颗粒的理论,两个正交的腔模式如何实现旋转和平移冷却,以及由此产生的功率谱如何包含旋转非线性的特征。我们提供的捕获频率,光机耦合强度,冷却速率,和稳态职业的解析表达式,我们研究它们的依赖镊子椭圆。
2021-04-27 physics.optics quant-ph
Cavity-Based 3D Cooling of a Levitated Nanoparticle via Coherent Scattering
我们实验实现了真空中悬浮纳米粒子的所有三个平移运动度的腔冷却。该粒子被一个与腔无关的光镊捕获,相干散射光镊光进入蓝失谐腔模。对于周围的真空压力$10^{-5}\,{\rm mbar}$,沿腔轴的最低温度在mK制度进行观察。同时,沿着其他两个空间方向的质心(COM)运动被冷却到几百个$\rm mK$的最低温度。通过测量压力变化时的温度和阻尼率,我们发现冷却效率依赖于腔内驻波中粒子的位置。该数据和COM温度作为腔失谐和镊子功率的函数的行为与实验的理论分析是一致的。我们的方法的实验限制和机会进行了概述。
2019-04-01 physics.optics quant-ph
Optical trapping of nanoparticles in superfluid helium
光镊是一种通过强聚焦光束对纳米粒子进行三维约束的技术,已被广泛应用于研究生物材料的纳米力学、纳米流体性质以及在各种环境中(如活细胞内、吉帕斯卡压力下和高真空下)的超灵敏检测。然而,固态粒子光镊的低温操作知之甚少。在这项研究中,我们证明了金属和介电纳米粒子的光捕获在超流氦低于2 K,这是两个数量级低于以前的实验。我们通过原位激光烧蚀制备纳米颗粒。纳米粒子被稳定地捕获在一个单一的激光束紧紧集中在超流氦。该方法为研究纳米尺度量子流体力学效应以及量子流体与经典物体之间的相互作用提供了一种新的途径。
2021-05-25 cond-mat.supr-con physics.optics
Dynamically creating asymmetrical potential wells for nanoparticle manipulation
光镊作为捕获和操纵粒子的有力工具,在许多领域得到了广泛的应用。然而,它们的势阱通常是对称的,这限制了它们的光捕获和操纵能力。在这里,我们报告了一种动态创建非对称势阱的方法,通过采用可变的相位梯度产生的全息图。它的深度、刚度和势井位置可以动态控制。此外,纳米粒子的可控传输实验证明,这表明它具有良好的操纵性能。重要的是,它的运动路径,步长和速度可以很容易地通过改变它的全息图,这是非常可取的纳米粒子的可控传输。这项研究为光学操纵提供了一种新的工具,可以大大扩展传统光镊的能力。
2020-10-07 physics.app-ph physics.optics
Stationary Gaussian Entanglement between Levitated Nanoparticles
光子的相干散射是一种新颖的光学悬浮纳米粒子的光机械耦合机制,有望实现与光以及纳米粒子之间的强而多样的相互作用。我们表明,它允许有效的确定性产生的高斯纠缠在两个粒子在单独的镊子。红色和蓝色失谐镊子的组合将机械Bogoliubov模式带到其基态。额外的分散耦合腔模式可以减少正交模式中的噪声,从而产生强纠缠,如对数负性所量化的,并且可以用真实实验参数的Duan标准来验证。这种用于量子传感和量子模拟的重要资源对于当前的实验是关键的,并且向量子机制中的多粒子光力学迈出了重要的一步。
2020-12-22 physics.optics quant-ph
A Step-by-step Guide to the Realisation of Advanced Optical Tweezers
本研究针对高级光学操控系统的构建需求,提供分步指南,依次介绍自制显微镜上单光束光镊的搭建校准、全息光镊的改进实现及散斑光镊的部署方法。
2015-01-30 physics.optics
Determinations of angular stiffness in rotational optical tweezers
The University of Queensland(昆士兰大学);ARC CoE in Quantum Biotechnology(量子生物技术澳大利亚研究委员会卓越中心)
本文提出了一种在旋转光学镊子中确定角刚度的被动分析技术,并探讨了影响因素及流体动力学贡献的评估框架。
2026-02-03 physics.optics
In-plane subwavelength near field optical capsule for lab-on-a-chip optical nano-tweezer
在这封信中,我们提出了一个新的概念验证的光学纳米镊子的基础上,一对介电矩形棒能够产生一类新的控制有限体积近场光胶囊。时域有限差分模拟的光的空间结构和光捕获力的金纳米粒子浸没在水中演示了一个平面的亚波长光学胶囊的物理概念,集成了微流体介观器件。结果表明,折射率和介质矩形棒之间的距离可以控制光学胶囊的形状和轴向位置。这种平面内波长缩放结构为在紧凑的平面结构中操纵包括生物颗粒在内的吸收性纳米颗粒提供了新的途径,因此应该在芯片实验室领域开辟有前途的前景。
2021-10-04 physics.optics
Plasmonic tweezers based on connected nanoring apertures
利用光学力操纵微粒已经在生命科学和物理科学中得到了许多应用。为了扩展光学捕获对纳米政权,在这项工作中,我们证明了捕获单个纳米粒子的阵列中的等离子体同轴纳米孔与各种内部磁盘配置和理论上估计相关的力量。对于20 nm聚苯乙烯颗粒,在980 nm的捕获波长下,对于149 nm的纳米盘直径的最佳设计观察到3.50fN/nm/mW的高归一化实验陷阱刚度。理论模拟被用来解释所观察到的陷阱刚度的增强。在14 $\times$ × 10 $^{11}$粒子/ml的浓度下,在0.59 mW/ $μ$ m $^{2}$的低入射激光强度下,获得小于8秒的快速粒子捕获时间。这种良好的捕获性能与纳米粒子的快速递送到多个捕获位点出现从增强的电磁近场和空间温度增加的组合。这项工作在纳米粒子的输送和捕获具有高精度的应用,并弥合光学操纵和纳米流体之间的差距。
2020-07-17 physics.app-ph physics.optics
Probing surfactant bilayer interactions by tracking optically trapped single nanoparticles
单粒子跟踪和光镊是在微观尺度上研究各种过程的强大技术。显微镜下可观察到的颗粒的随机行为包含关于其与周围分子相互作用的信息,并且光学镊子可以通过其将颗粒约束到感兴趣区域的能力进一步促进这种观察。虽然这些技术最初应用于生物学,但它们也可以通过实时揭示纳米级形态和分子水平的相互作用来揭示胶体和界面现象,这在传统的系综分析中已经被掩盖了。在这里,我们展示了应用单粒子跟踪和光镊研究分子在固液界面的相互作用。具体来说,我们调查的行为,表面活性剂在水玻璃界面跟踪他们的相互作用与金纳米粒子,这些分子被光学捕获。我们发现了粒子运动的基本机制,这可以通过界面处表面活性剂单体之间的疏水相互作用、破坏和重排来解释。这种解释得到了对单个轨迹的统计分析以及与理论预测的比较的进一步支持。我们的研究结果提供了新的见解,在这个特定的系统中的表面活性剂动力学,但也说明了单粒子跟踪和光学操纵的承诺,在研究纳米级的表面和界面的物理和化学。
2022-04-14 cond-mat.soft physics.optics
Plasmon enhanced optical tweezers with gold-coated black silicon
等离子体光镊是一种普遍存在的工具,用于在低光子通量下精确操纵纳米颗粒和生物分子,而飞秒激光光镊可以探测被捕获物质的非线性光学性质,并应用于生物诊断。为了在实际应用中采用等离子体光镊,必须在不影响捕获效率的情况下开发大规模的制造工艺。在这里,我们开发了一种新的平台,连续波(CW)和飞秒等离子体光镊,基于镀金的黑硅。与传统的光刻方法相比,该制造方法依赖于简单的、单步的、无掩模的桌面激光处理水中的硅,这有利于可扩展性。镀金黑硅支持可重复的捕获效率,可与迄今为止报道的最高效率相媲美。从更基本的方面来看,等离子体激元介导的效率增强是共振效应,并且因此取决于捕获光束的波长。令人惊讶的是,等离子体增强的捕获效率的波长表征已经回避了文献。在这里,我们利用记录的捕获效率的可重复性,提供的镀金的黑硅平台,并执行的捕获过程的波长相关的表征,揭示了共振特性的捕获效率最大值。镀金黑硅是一个有前途的大规模并行捕获应用平台,将扩大纳米工程,生物学和集体生物光子效应研究中的光学操纵范围。
2016-06-27 physics.optics
Strong coupling and dark modes in the motion of a pair of levitated nanoparticles
CNR-INO(意大利国家研究委员会红外光学研究所);Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Firenze(佛罗伦萨大学物理与天文系);INFN, Sezione di Firenze(意大利国家核物理研究所佛罗伦萨分部);European Laboratory for Non-Linear Spectroscopy (LENS)(欧洲非线性光谱学实验室)
实验研究了两个悬浮纳米球通过单光学腔模相干散射间接耦合的系统,实现了光镊横向平面模式间的强耦合并观测到暗模,为探索量子动力学经典模拟及向量子域过渡提供了平台。
2025-02-12 physics.optics
Probing the chirality of a single microsphere trapped by a focused vortex beam through their orbital period
本研究发现紧聚焦涡旋光束捕获的微球轨道周期与手性指数相关,据此提出高精度探测单个粒子手性光学响应的方法,精度较现有方法提升至少一个数量级。
2024-09-05 physics.optics
Plasmon Coupling Induced Photon Scattering Torque
具有生物相容性的金纳米粒子在生物传感、医学诊断、癌症治疗等生物医学研究中显示出巨大的优势。生物分子甚至可以用激光镊子操纵,光学捕获的Au纳米粒子作为手柄。在这封信中,光学散射扭矩所产生的耦合金纳米粒子的圆偏振光驱动的理论。耦合的等离子体共振模式通过光散射增强了从光子到Au纳米颗粒二聚体和三聚体的角动量转移,这不会带来任何光加热副作用。在纳米结构上产生的光学扭矩高度依赖于结构中的等离子体激元耦合。从散射光子到纳米结构的角动量转移效率可以达到200%左右。结果表明,耦合等离子体纳米颗粒低聚物是有前途的候选人,以构建可应用于生物医学应用的光驱动旋转纳米马达。
2021-11-17 physics.optics
Resonant optical trapping of Janus nanoparticles in plasmonic nanoaperture
本研究利用等离子体纳米孔径局域场、自感应背向作用与共振光捕获方法,通过双激光系统实现了对Janus纳米颗粒的增强操控,使光力提升3倍,为低功率操控吸光纳米颗粒在纳米机器人和药物递送中的应用提供了新途径。
2023-11-10 physics.optics
Nanotrapping and the thermodynamics of optical tweezers
可以被光学镊子捕获的颗粒大小从几十微米到几十纳米不等。有趣的是,该尺寸范围包括大的大分子。我们的实验表明,与理论预期一致,光镊可用于操纵悬浮在水中的聚环氧乙烷的单分子。捕获的分子聚集而不聚集,因此这提供了溶液中大分子浓度的光学控制。除了可能的应用,如纳米粒子的微操作,纳米组装,微化学和生物大分子的研究,我们的研究结果还提供了深入了解光镊的热力学。
2007-02-06 physics.class-ph physics.optics
Scalable all-optical cold damping of levitated nanoparticles
悬浮动力学领域在控制和研究悬浮纳米颗粒的运动方面取得了重大进展。运动控制依赖于经由腔的自主反馈或经由外力的基于测量的反馈。基于测量的单个纳米颗粒的基态冷却的最近演示采用线速度反馈,也称为冷阻尼,并且需要经由外部电极在带电粒子上使用静电力。在这里,我们介绍了一种新的全光冷阻尼方案的基础上的陷阱位置的空间调制,可扩展到多个粒子。该方案依赖于使用可编程的光镊,以提供完全独立的控制陷阱频率和每个镊子的位置。我们表明,该技术冷却的质量中心运动的粒子下降到$17\,$ mK在压力为$2 \times 10^{-6}\,$毫巴,并证明其可扩展性,同时冷却两个粒子的运动。我们的工作为研究粒子之间的量子相互作用铺平了道路,实现了粒子运动的3D量子控制,而无需基于腔的冷却,电极或带电粒子,并探测悬浮光机械系统中的多体纠缠。
2022-05-09 physics.optics quant-ph
Internal Temperature and Center-of-Mass Dynamics of a Levitated Nanoparticle: A Simulator
Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales(布宜诺斯艾利斯大学,理学院);CONICET - Universidad de Buenos Aires, Instituto de Física de Buenos Aires (IFIBA)(阿根廷国家科学研究委员会-布宜诺斯艾利斯大学,布宜诺斯艾利斯物理研究所)
该研究开发了一款模拟器,用于模拟悬浮在保罗阱与光镊组合装置中的纳米粒子的质心运动、内部温度等耦合动力学,涵盖多种力与热相关物理过程。
2026-08-17 physics.optics
Contactless optical spinning tweezers with tunable rotation frequency
光阱设计原理的进步已经导致在使用庞大的系统在不同环境中操纵具有不同功能的纳米颗粒(NP)方面取得了巨大进展。然而,在恶劣的环境中有效地控制和操纵纳米粒子需要仔细设计的非接触式光镊。在这里,我们提出了一个简单的设计,光纤光学探针允许在非接触制度的电介质NP的陷阱,以及光的角动量的NP诱导其机械旋转的转移。通过打破刻在锥形金属涂覆光纤顶点处的同轴纳米孔的圆柱对称性,几何地激发从线性(引导基模)到圆形的偏振转换。数值模拟表明,这种简单的几何形状的尖端允许强大的光传输与有效的偏振转换。这保证了在非接触状态下的非常稳定的捕获以及潜在的高度可调谐的正或负旋转频率(对于光纤中的10mW注入功率,在水中高达45Hz,在空气中高达5.3MHz)。这种类型的光纤探针开辟了新一代小型化工具的道路,用于纳米粒子的全面操作(捕获,分选,旋转)。
2022-09-13 physics.optics
Levitodynamic spectroscopy for single nanoparticle characterisation
提出利用真空光镊中纳米颗粒的旋转与振荡动力学进行单颗粒形状和尺寸表征,实验与模拟吻合,可分辨数纳米差异。
2024-01-21 physics.optics
Three-dimensional enantiomeric recognition of optically trapped single chiral nanoparticles
我们使用驻波光镊光学捕获独立的单个金属手性纳米粒子。我们还将在陷阱内的旋光设置,允许进行原位手性识别的单一对映异构体。这是通过测量在正向方向上从被捕获的纳米颗粒散射的光束的斯托克斯矢量的S_3分量来完成的。这种独特的光学捕获和手性识别的组合,都在一个单一的设置中实现,打开了新的视角对控制,识别和操纵手性物体在纳米尺度。
2018-05-27 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Coulomb coupling between two nanospheres trapped in a bichromatic optical tweezer
本文利用1064 nm与976 nm双色激光构建相距约9微米的双光学镊,通过纳米球表面电荷的库仑力实现两球轴向运动强耦合,并由简正模避免交叉加以验证。
2024-08-05 physics.optics quant-ph
Nanoparticles manipulation in 3D nanotips excited with plasmonic vortex
纳米技术的最新进展促使人们需要一种工具来精确地、非侵入性地操纵单个纳米物体。在可能的策略中,光学力已被广泛用于使纳米光镊能够以前所未有的精度捕获或移动样品。在这里,我们提出了一个架构,包括一个nanotip激发的等离子体涡流,使有效的动态控制纳米粒子在三维空间。由该结构产生的光场可用于操纵作用于用于照射该结构的光的总角动量的单个介电纳米颗粒。我们证明了可以稳定地捕获或迫使粒子从特定点发出光束,从而为纳米粒子操作和分选提供了一个新的平台。
2019-08-15 physics.app-ph physics.optics
Quantum theory of non-Hermitian optical binding between nanoparticles
针对悬浮纳米颗粒的非互易光学结合,本文建立含相关量子噪声的非厄米相互作用量子理论与马尔可夫主方程,并给出实现单向耦合的途径。
2024-12-04 physics.optics quant-ph
Interference-Based 3D Optical Cold Damping of a Levitated Nanoparticle
Institute for Functional Matter and Quantum Technologies and Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST), University of Stuttgart(斯图加特大学功能物质与量子技术研究所及集成量子科学与技术中心)
利用干涉增强的光学力实现悬浮纳米粒子的三维冷阻尼,无需额外光路或陷阱重构,适用于中性粒子的量子控制。
2026-03-12 physics.optics
Simultaneous cooling of all six degrees of freedom of an optically levitated nanoparticle by elliptic coherent scattering
该研究利用高精细度光学腔中的椭圆相干散射,实现了高真空光镊悬浮纳米粒子全部六个平动与转动自由度的同时冷却和取向控制。
2022-05-20 physics.optics quant-ph
Mass and Shape Determination of Optically Levitated Nanoparticles
本文结合基于电荷的质量测量、光散射形状测定与阻尼率各向异性分析,首次在真空中利用光镊捕获同一组硅石纳米颗粒,实现了对其质量与形状的同步区分,为精密测量和传感实验奠定基础。
2023-09-13 physics.ins-det physics.optics
Measurement of single nanoparticle anisotropy by laser induced optical alignment and Rayleigh scattering for determining particle morphology
我们演示了测量纳米颗粒的形状的角度分辨瑞利散射的单个光学悬浮粒子,通过在真空中的捕获光在空间中取向。这种技术适用于一系列的颗粒几何形状,从完美的球形纳米液滴到八面体纳米晶体。我们表明,这种方法可以解决形状差异下降到几个纳米,并适用于低阻尼的环境中,如这里所示,并在传统的过阻尼流体中使用的光镊。
2022-12-18 physics.app-ph physics.optics quant-ph
On-chip optical levitation with a metalens in vacuum
电介质粒子在真空中的光悬浮是精密测量、基础物理测试和量子信息科学的一项重要技术。传统的光镊需要庞大的光学元件来捕获和检测。在此,我们设计并制作了一个在真空中1064 nm处具有0.88的高数值孔径的双折射介质超透镜。它由500 nm厚的硅纳米天线组成,与真空兼容。我们演示了纳米粒子在真空中的光学悬浮与一个单一的超透镜。通过改变激光功率和偏振态可以调节俘获频率。我们也转移悬浮纳米粒子之间的两个单独的光镊。在真空中使用超透镜的光学悬浮为包括片上传感在内的广泛应用提供了机会。这种超透镜也将用于捕获超冷原子和分子。
2021-07-20 physics.app-ph physics.optics
Shape-dependent oriented trapping and scaffolding of plasmonic nanoparticles by topological defects for self-assembly of colloidal dimers in liquid crystals
我们展示了支架的等离子体纳米粒子的拓扑缺陷诱导的胶体微球,以匹配其表面边界条件与均匀的远场排列在液晶主机。取代能量昂贵的液晶区域的减少的顺序,各向异性纳米颗粒具有凹或凸的形状不仅稳定地定位在缺陷,而且相对于微球表面自取向。使用激光镊子,我们操纵随之而来的纳米粒子-微球胶体二聚体,探测弹性结合的强度,并展示自组装的层次胶体超结构,如链和阵列。
2016-12-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.optics
Interference-enhanced optical force detection of weak light fields using a levitated nanoparticle
本研究提出一种基于干涉的方法,通过让弱光场与光镊的强捕获光束干涉来放大弱场对纳米粒子的光力,在适度真空下实现皮瓦级灵敏度的非破坏性光场检测,并有望用于单光子水平的光机械相互作用探索。
2025-07-17 physics.optics quant-ph
Tailoring the excitation of localized surface plasmon-polariton resonances by focusing radially-polarized beams
研究了聚焦径向偏振光与金属纳米球的相互作用。通过扩大电磁场的多极,我们获得洞察局部表面等离子体极化激元共振的激发在纳米粒子。我们发现,集中的径向偏振光束提供了更多的机会比一个聚焦的平面波或高斯光束调谐的近场和远场系统的响应。这些结果在纳米光学、光镊和光数据存储中有应用。
2009-01-05 physics.optics
Photo-Thermal Actuation of Hybrid Microgels with Dual Laser Optical Tweezers
针对光热混合微凝胶单粒子动态表征难题,提出双激光光镊方法,结合成像与均方位移分析实现实时单粒子驱动监测,精度媲美双激光DLS且具单驱动器分辨率,为软体机器人等应用提供优化平台。
2025-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nonequilibrium dynamics induced by scattering forces for optically trapped nanoparticles in strongly inertial regimes
作为第一近似,作用在光学捕获粒子上的力通常被假设为保守的。在过阻尼液体环境中,非保守力的影响可以忽略不计。然而,其在欠阻尼状态下的影响仍未得到研究。在这里,我们实验研究的梯度和散射力的非线性动力学的被困粒子在各种气压的综合影响,导致显着的低频噪声过剩沿光轴和环形布朗涡旋的出现。我们的研究结果支持,通过数值模拟和理论模型,提供了基本的见解光镊的功能和调查非平衡稳态的存在下,非保守力的手段。
2019-04-09 cond-mat.stat-mech physics.optics
From Self-Assembly to Controlled-Assembly, From Optical Manipulation to AFM Manipulation
移动纳米粒子/原子来研究它们之间的近场相互作用是探索这些组件的光学和电学性质的许多方法之一。传统的方法包括通过纺丝或干燥纳米颗粒在基底上的自组装是很好的实践。光刻技术是在衬底上沉积有限的纳米/微米图案的另一种流行方法。后来的光学和机械操纵被用来对纳米和微观结构甚至原子的移动进行更多的控制。光镊、光阱和AFM操作是这些精确方法的例子。
2015-01-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Lateral recoil optical forces on nanoparticles near nonreciprocal surfaces
我们研究了施加在纳米粒子上的横向反冲力,这些纳米粒子位于等离子体平台附近,具有面内非互易响应。为此,我们首先开发了一个全面的理论框架的基础上的洛伦兹力结合非互易格林函数的瑞利近似,然后推导出近似的解析表达式来模拟横向反冲力,证明其明确依赖于系统的色散关系,并揭示了管理它们的机制。特别是,一个占主导地位的横向反冲力分量出现由于平台支持的非互易表面等离子体的动量不平衡。这个力可以比其他反冲力分量大几个数量级,只沿着或逆着外部偏置的方向起作用,并且与入射平面波的方向、偏振和波长准独立。使用漂移偏置的石墨烯超颖表面,一个平台,也提出了排序纳米粒子作为其大小的函数,探讨了横向反冲力。非互易等离子体系统可以使新的场所捕获,绑定和操纵纳米粒子,并减轻传统光镊的一些挑战。
2022-12-16 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical centrifuge for nanoparticles
本研究提出利用快速旋转线偏振光场在光镊中产生光学离心机,实现纳米转子超100 MHz的高速受控旋转,并通过模拟和实验验证了稳定加速条件。
2025-06-19 physics.optics quant-ph
Rapid Trapping and Label-free Characterization of Single Nanoscale Extracellular Vesicles and Nanoparticles in Solution
针对单纳米颗粒分析的低通量、长捕获时间等问题,提出集成平台Interferometric Electrohydrodynamic Tweezers(IET),可3秒内并行快速捕获单纳米颗粒,结合干涉成像和拉曼光谱实现无标记表征,为多领域提供新工具。
2024-11-29 physics.app-ph physics.optics
Roadmap for Optical Tweezers
光镊是由光制成的工具,可以无接触地推动,捕获和操纵从原子到太空光帆的物体。自20世纪70年代Arthur Ashkin的开创性工作以来,光镊已经发展成为复杂的仪器,并在生命科学,物理学和工程学中广泛应用。这些包括精确的力和扭矩测量在毫微微牛顿的水平,微观流变学的复杂流体,单微米和纳米粒子光谱学,单细胞分析,和物理实验。该路线图提供了对当前涉及光学力和光镊的研究的见解,从理论基础到设计和设置。它还提供了从生物物理学到空间探索等广泛研究领域的应用前景。
2022-06-28 cond-mat.soft physics.optics
Gain-assisted optical tweezing of plasmonic and large refractive index microspheres
我们从理论上研究了增益功能化微球的光钳效应,在非傍轴机制中使用高度聚焦的单光束。利用光镊的Mie-Debye理论计算了作用在均匀和具有增益的核壳结构Mie微球上的光力。我们证明了光学增益在光学操作中起着至关重要的作用,特别是优化回复力,从而允许捕获大折射率和等离子体粒子。事实上,我们证明,可以捕获这样的粒子,这通常是不可能的情况下,被动介质,通过功能化它们与光学增益材料。我们表明,通过改变增益的值,这可以实现通过改变泵浦功率,一个不仅可以实现捕获,但也操纵的平衡位置的镊子粒子。总之,我们的研究结果为增益辅助光学力学开辟了新的途径,其中增益功能化系统可以促进等离子体纳米粒子的光学捕获和操纵,特别是在纳米粒子悬浮液和芯片上的自组装中具有潜在的应用。
2021-07-24 physics.optics