วิธีการคัดเลือกและคัดแยกอนุภาคนาโนตามคุณสมบัติทางกลของควอนตัมได้รับการพัฒนาโดยนักวิจัยในญี่ปุ่น วิธีการนี้สามารถพิสูจน์ได้ว่าเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับผู้ผลิตโครงสร้างนาโนที่มีการประยุกต์ใช้ในการตรวจจับควอนตัม การถ่ายภาพทางชีวภาพ และเทคโนโลยีสารสนเทศควอนตัม นักวิทยาศาสตร์มีหลายวิธีในการจัดการและจัดตำแหน่งวัตถุขนาดเล็กโดยไม่ต้องสัมผัส ตัวอย่างเช่น แหนบแสง
ใช้ลำแสงเลเซอร์ที่มีความเข้มข้นสูงเพื่อสร้างแรงทางแสง
ที่ยึดและเคลื่อนย้ายวัตถุในวิถีของลำแสง แหนบดังกล่าวได้กลายเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการวิจัยทางชีววิทยา ไมโครฟลูอิดิกส์ และไมโครเมคคานิกส์ อย่างไรก็ตาม พวกมันสามารถจัดการวัตถุที่ค่อนข้างใหญ่ได้เท่านั้น เนื่องจากการเลี้ยวเบนจะจำกัดขนาดจุดของลำแสงเลเซอร์ที่ดักจับไว้ที่ประมาณครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นของแสงที่ส่องสว่าง สำหรับแสงสีแดงที่มีความยาวคลื่น 700 นาโนเมตรและกำลังแสงเลเซอร์หลายมิลลิวัตต์ เช่น แหนบสามารถดักจับและจัดการวัตถุที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 350 นาโนเมตรขึ้นไปได้อย่างเสถียรเท่านั้น การดักจับและจัดการอนุภาคขนาดเล็กเป็นสิ่งที่ท้าทายเนื่องจากแรงทางแสงจะอ่อนตัวลงเมื่อปริมาตรของอนุภาคลดลง
นาโนไดมอนด์ที่มีศูนย์เรืองแสงในงานใหม่นี้ ทีมงานที่นำโดยHajime Ishiharaจากมหาวิทยาลัย OsakaและKeiji Sasakiจากมหาวิทยาลัย Hokkaidoได้พัฒนาวิธีการจัดเรียง nanodiamonds ซึ่งเป็นชิ้นส่วนขนาดเล็กของสารกึ่งตัวนำที่มีคุณสมบัติ optoelectronic ที่ได้มาจากเพชรจำนวนมากรวมถึงข้อบกพร่องบางอย่าง ข้อบกพร่องอย่างหนึ่งที่เรียกว่าศูนย์ไนโตรเจนว่าง (NV) เกิดขึ้นเมื่ออะตอมของคาร์บอนที่อยู่ใกล้เคียงในโครงตาข่ายเพชรถูกแทนที่ด้วยอะตอมไนโตรเจนและความว่าง ข้อบกพร่องเหล่านี้เป็นแพลตฟอร์มที่มีแนวโน้มดีสำหรับอุปกรณ์ควอนตัมออปติกเนื่องจากทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการเรืองแสง – หมายความว่าจะดูดซับแสงที่ความถี่เรโซแนนท์ความถี่หนึ่งโดยเฉพาะในขณะที่เปล่งแสงไปที่อื่น
เมื่อส่องสว่างด้วยเลเซอร์ นาโนไดมอนด์จะกระจายแสงในขณะที่ศูนย์ NV ของพวกมัน (ถ้ามี) จะดูดซับแสง การรวมกันของการกระเจิงของแสงและการดูดกลืนจะถ่ายโอนโมเมนตัมจากโฟตอนไปยังอนุภาคนาโน และการถ่ายโอนโมเมนตัมต่างๆ ที่เกิดขึ้นจาก nanodiamonds ที่มีและไม่มีศูนย์ NV โดยหลักการแล้วสามารถนำมาใช้เพื่อแยกความแตกต่างได้ ในทางปฏิบัติ แม้ว่าจะไม่ตรงไปตรงมา
ในขณะที่ผลกระทบทั้งสองนี้ [การกระเจิงและการดูดซับ]
ทำให้เกิดแรงทางแสงที่สามารถใช้ในการเคลื่อนย้ายอนุภาคในระดับมหภาค เป็นการยากที่จะเลือก nanodiamonds ที่มีศูนย์ NV จาก nanodiamond ที่บริสุทธิ์โดยรอบซึ่งไม่มีข้อบกพร่องเหล่านี้” อิชิฮาระและซาซากิอธิบาย “นั่นเป็นเพราะแรงเชิงแสงกระเจิงของเพชรเทกองนั้นแรงกว่าแรงเชิงแสงที่มาจากแสงที่ NV ดูดกลืนเข้าไปมาก”
การจำกัดการเคลื่อนที่ของอนุภาควิธีแก้ปัญหาของนักวิจัยคือสร้างสมดุลระหว่างแรงกระเจิงที่ใหญ่กว่า เพื่อให้สามารถแยกแยะแรงดูดซับจากศูนย์ NV ได้ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ พวกเขาส่งลำแสงเลเซอร์สีต่างกันสองลำที่แพร่กระจายไปในทิศทางตรงกันข้ามตามเส้นใยนาโน เส้นใยนี้มีความยาวหลายมิลลิเมตรและมีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่กี่ร้อยนาโนเมตร เขตข้อมูลนี้อธิบาย Ishihara และ Sasaki อนุญาตให้แสงแพร่กระจายในระยะทางไกลโดยยังคงเป็นลำแสงที่โฟกัสแน่น ดังนั้นจึงจำกัดการเคลื่อนที่ของอนุภาคนาโนที่ติดอยู่ภายในมิติเดียว
ภายในท่อนำคลื่นดังกล่าว โมเมนตัมของโฟตอนจะคงที่ ทำให้การตั้งค่านี้เหมาะสำหรับการวิเคราะห์แรงทางแสงที่กระทำกับอนุภาคนาโน นักวิจัยสามารถขนส่งอนุภาคนาโนเดี่ยวได้ตามว่ามีศูนย์ NV หรือไม่ โดยการปรับสมดุลของแรงดูดกลืนและกระเจิงที่เกิดจากลำแสงเลเซอร์สองลำตามแนวนาโนไฟเบอร์
นักวิจัยสร้างโมเลกุลเดี่ยวในแหนบแสงในขณะที่ทีมงานมุ่งเน้นไปที่นาโนไดมอนด์ในงานนี้ อิชิฮาระและซาซากิชี้ให้เห็นว่าอนุภาคนาโนอื่นๆ อาจเป็น “เป้าหมายที่น่าสนใจเท่าเทียมกัน” อันที่จริงตอนนี้พวกเขาวางแผนที่จะศึกษาวิธีการใช้วิธีการที่คล้ายคลึงกันกับวัสดุนาโนเช่นอนุภาคนาโนที่เจือด้วยสารอินทรีย์และโครงสร้างจุดควอนตัมเซมิคอนดักเตอร์ประเภทต่างๆ “เราตั้งเป้าที่จะจัดเรียงอนุภาคนาโนด้วยสถานะควอนตัมเดียว (นั่นคือด้วยศูนย์เรืองแสงเดียว) และพัฒนาเทคนิคในการจัดเรียง
อนุภาคจำนวนมากเพื่อใช้ในการใช้งานจริง”
Adrian Cavalieri แห่งสถาบัน Paul Scherrer ในสวิตเซอร์แลนด์ กล่าว ความเสถียรชั่วคราวของพัลส์เป็นสิ่งสำคัญมาก ตามที่สมาชิกในทีมAdrian Cavalieriแห่งสถาบัน Paul Scherrer ในสวิตเซอร์แลนด์ กล่าวว่า “หนึ่งในปัจจัยกระตุ้นที่สำคัญสำหรับสเปกโทรสโกปี Attosecond ในห้องปฏิบัติการคือความเสถียรของเฟสของสนาม…ดังนั้นคุณจึงสามารถเปลี่ยนแปลงค่าได้อย่างระมัดระวัง หน่วงเวลาระหว่างสนามเลเซอร์ของคุณกับเหตุการณ์ไอออไนเซชันของคุณ และใช้ทางลาดของสนามเลเซอร์เพื่อรับข้อมูลที่คุณต้องการ”
XFELs เป็นแหล่งรังสีขนาดใหญ่ที่ใช้เครื่องเร่งอนุภาคซึ่งส่งคลื่นรังสีที่มีพลังงานสูงเหมือนเลเซอร์ อย่างไรก็ตาม พวกเขาประสบปัญหาที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ที่เรียกว่าการกระวนกระวายใจของเวลา ซึ่งเป็นความไม่สอดคล้องกันในช่องว่างระหว่างจังหวะที่ต่อเนื่องกัน
“มีองค์ประกอบทางกายภาพที่พัลส์เอ็กซ์เรย์ [เลเซอร์] สร้างขึ้นจากการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นเองในตัวเอง ซึ่งสุ่มตัวอย่างเล็กน้อย ดังนั้นคุณจึงไม่สามารถคาดการณ์ด้วยความแม่นยำ 100% และความแม่นยำไม่รู้จบได้ว่าจะเกิดพัลส์เมื่อใด ” เฮย์เนสอธิบาย
สิ่งนี้ทำให้ XFEL ไม่เหมาะสำหรับการส่งพัลส์ไอออไนเซชันสำหรับการสตรีคแบบ attosecond และป้องกันไม่ให้นักวิจัยศึกษากระบวนการปรมาณูพลังงานสูงที่สำคัญหลายอย่าง เช่น การสลายตัวของสว่านด้วยความละเอียด sub-femtosecond
อิเล็กตรอนที่ถูกขับออกมากระบวนการ Auger เริ่มต้นขึ้นเมื่อการแผ่รังสีพลังงานสูง เช่น รังสีเอกซ์ ดึงอิเล็กตรอน (เรียกว่าโฟโตอิเล็กตรอน) ออกจากวงโคจรด้านในของอะตอม สิ่งนี้จะสร้างรูแกนซึ่งถูกเติมโดยอิเล็กตรอนจากวงโคจรชั้นนอกทันที สิ่งนี้ทำให้อะตอมมีพลังงานเพิ่มขึ้นซึ่งถูกกำจัดโดยการปล่อยอิเล็กตรอน (Auger) ที่สอง การศึกษาผลกระทบทั่วไปอย่างยิ่งนี้เป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจกระบวนการที่สำคัญหลายอย่างในฟิสิกส์ปรมาณู
การระบุลักษณะของกระบวนการ Auger ในช่วงเวลาที่เหมาะสมต้องใช้พัลส์เอ็กซ์เรย์ที่รุนแรงและสั้นเกินขีดซึ่งเกินความสามารถของเลเซอร์เอ็กซ์เรย์ขนาดเล็ก XFEL สามารถส่งสัญญาณพัลส์ femtosecond ได้อย่างเหมาะสม แต่การกระวนกระวายใจของเวลาของพวกมันนั้นยาวนานกว่าสเกลเวลาของการสลายของ Auger ประมาณ 100 เท่า
Credit : sagebrushcantinaculvercity.com saltysrealm.com sandersonemployment.com sangbackyeo.com sciencefaircenterwater.com
