レーザービームの焦点でXNUMXつの粒子が浮揚すると、光がそれらの間で前後に反射し、定在波が形成されます。 これらの定在波との相互作用により、光学結合として知られる現象で粒子が自己整列します。 今回、ウィーン大学、オーストリア科学アカデミー、およびドイツのデュイスブルク エッセン大学の研究者は、平行レーザー ビームで光学的に浮揚した XNUMX つのナノ粒子間のこの結合を完全に制御することに初めて成功しました。 この成果は、XNUMX つ以上の粒子による集団量子ダイナミクスを探索するための新しいプラットフォームを提供します。
この研究で、研究者は、レーザービームの特性を調整することで、粒子間の相互作用の強さだけでなく、この相互作用が引力、反発、または非相反であるかどうかも制御できることを示しました。 「非相反とは、一方の粒子が他方を押すが、もう一方の粒子が押し戻さないことを意味します」とチーム メンバーは説明します。 ベンジャミン・スティックラー デュイスブルク大学-エッセン. 「この振る舞いは、非常に対称的に見える系でニュートンの第 XNUMX 法則に違反しているように見えますが、ライト フィールドによって一部の運動量が奪われるため、そうではありません。」
コヒーレント散乱
光学的に結合した粒子に関するこれまでの研究では、この非相反的な挙動は説明されていませんでしたが、チームは、コヒーレント散乱として知られる現象に起因すると述べています。 基本的に、レーザー光がナノ粒子に衝突すると、ナノ粒子は分極化し、光の電磁波の振動に追従します。
「結果として、粒子から散乱されるすべての光は、入ってくるレーザーと同相で振動します」とチーム メンバーは説明します。 ウロス・デリック ウィーン大学. 「ある粒子から散乱された光は、他の粒子を閉じ込める光と干渉する可能性があります。 これらの光フィールド間の位相を調整できれば、粒子間の力の強さと特性も調整できます。」
この動作を解明するために、ウィーンのチーム メンバーは、レーザー ビームを分割または成形できる液晶ディスプレイである空間光変調器を備えた XNUMX つの平行な光ピンセットをセットアップしました。 「粒子は最初に互いに近くに閉じ込められ、粒子から跳ね返る光を介してどのように相互作用するか、つまり、粒子がどのように光学的に結合するかを確認します」と Delic は説明します。 「それを行う方法は、それらを近づけたときの振動周波数を観察することです。変化が大きいほど、相互作用が強くなります。」
デュイスブルクの同僚による理論計算のおかげで、研究者は相互作用が特定の設定で非相反になる可能性があることを発見しました。 この発見は、粒子間の相互作用が予想よりも複雑であることが判明した実験室での観察によって確認されました。
「まったく新しいツール」
「私たちの実験は、浮揚したナノオブジェクト間の相互作用を制御および調査するための根本的に新しいツールを提供します」とDelicとSticklerは語っています。 物理学の世界. 「量子領域で達成された制御と操作のレベルは、たとえば多粒子系での複雑な現象の研究など、多くの興味深い研究の道を開きます。」
超流動ヘリウム中でナノ粒子を保持する光ピンセット
研究者らは、現在、技術をスケールアップして、多くの浮遊ナノ粒子に拡張できるようにしようとしている. 「調整可能な相互作用により、粒子間の接続をプログラムし、それらがどのように集合的に移動してパターンを形成するかを調べることができます」と Delic と Stickler は言います。
本研究は、 科学.
