Los investigadores de la Universidad de Macquarie han demostrado una nueva técnica que aprovecha la presencia de átomos extraños dentro de un cristal de diamante, usar la luz para afectar el movimiento de toda la nanopartícula, lo que abre la puerta a la aplicación de potentes tecnologías cuánticas a la manipulación de nanopartículas ultrapequeñas y un grado de control sin precedentes a nanoescala.

La investigación, publicado en Física de la naturaleza , midió la fuerza en cristales de diamante a nanoescala (que son tan pequeños como una milésima parte del ancho de un cabello humano) que fueron sumergidos en agua y atrapados ópticamente por unas pinzas ópticas de rayo láser fuertemente enfocadas.

El Dr. Thomas Volz y sus colegas del Departamento de Física y Astronomía y el Centro de Excelencia ARC en Sistemas de Ingeniería Cuántica (EQuS), descubrió que al rastrear el movimiento de los nanodiamantes individuales en las pinzas ópticas, los átomos artificiales tuvieron una influencia significativa en el movimiento de los nanocristales. Esto es notable, especialmente considerando que solo unos pocos de estos átomos extraños interactúan realmente con la luz láser casi resonante.

"Generalmente, la luz de las pinzas ópticas interactúa con la propia nanopartícula. Sin embargo, en este estudio se introdujo un grupo de átomos extraños especiales en la nanopartícula de diamante. Cuando la luz láser se elige cerca de la transición de estos átomos 'especiales' extraños, el movimiento de todo el cristal se ve afectado, a pesar de que solo hay alrededor de 10, 000 de estos átomos dentro de un cristal hecho de unos 100 millones de carbonos, "dijo el Dr. Volz.

"Estas fuerzas casi resonantes se conocen típicamente por la manipulación de átomos individuales por la luz, pero no en el caso de la nanomanipulación. Esta investigación demuestra por primera vez el efecto de estas fuerzas en el contexto de la nanomanipulación. Aún más interesante, estas fuerzas solo se pueden medir debido a un efecto único que rara vez se observa en la naturaleza:una interacción cooperativa de los átomos extraños entre sí. Solo si estos átomos actúan juntos de manera cooperativa podemos ver su efecto, "dijo el primer autor Dr. Mathieu Juan.

"Nuestra investigación está motivada por la posibilidad de ser pionera en una técnica bien conocida de manipulación de átomos en el campo de la manipulación de nanopartículas (en un ambiente líquido). La técnica es poderosa, y uno puede pensar en diseñar nanodiamantes con diferentes tipos de átomos extraños para hacer que su efecto sea aún más fuerte y, en última instancia, atrapar nanopartículas tan pequeñas como unos pocos nanómetros de diámetro mientras las mueve sistemáticamente dentro de las células, "dijo el Dr. Volz.

"Las fuerzas que observamos no se han visto antes y con estas emocionantes posibilidades a la mano, esta investigación podría conducir al desarrollo de un nuevo tipo de pinzas ópticas, que tendrá aplicaciones en diferentes campos. Más allá de las aplicaciones en biología y medicina en las que se podrían utilizar pinzas ópticas casi resonantes para la obtención de imágenes biológicas y la administración de fármacos, esta investigación podría afectar los campos de la nanotecnología cuántica y la detección, "dijo el Dr. Carlo Bradac, primer autor conjunto.