Viene presentato un protocollo per il lancio e l'intrappolamento stabile di microparticelle dielettriche selezionate nell'aria.
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Articolo metodologico
Optical Trappola Caricamento di dielettrico microparticelle in aria
In questo articolo
Sommario
Abstract
Dimostriamo un metodo per intrappolare una microparticella dielettrica selezionata nell'aria utilizzando la pressione di radiazione da una trappola ottica a gradiente a raggio singolo. Le microparticelle dielettriche sparse in modo casuale e aderite a un substrato di vetro vengono momentaneamente staccate utilizzando vibrazioni ultrasoniche generate da un trasduttore piezoelettrico (PZT). Quindi, il raggio ottico focalizzato su una particella selezionata la solleva fino alla trappola ottica mentre le microparticelle eccitate vibrazionalmente ricadono sul substrato. Una particella può essere intrappolata al fuoco nominale del fascio di intrappolamento o in una posizione al di sopra del fuoco (qui indicata come posizione di levitazione) dove la gravità fornisce la forza di ripristino. Dopo la misurazione, la particella intrappolata può essere posizionata nella posizione desiderata sul substrato in modo controllato.
In questo protocollo, viene delineata una procedura sperimentale per il caricamento selettivo di trappole ottiche in aria. Innanzitutto, viene brevemente introdotta la configurazione sperimentale. In secondo luogo, la progettazione e la fabbricazione di un supporto PZT e di un contenitore campione sono illustrate in dettaglio. Il caricamento della trappola ottica di una microparticella selezionata viene quindi dimostrato con istruzioni dettagliate, tra cui la preparazione del campione, il lancio nella trappola e l'uso della forza elettrostatica per eccitare il movimento delle particelle nella trappola e misurare la carica. Infine, presentiamo le traiettorie registrate delle particelle di Brownian e i moti balistici di una microparticella intrappolata nell'aria. Queste traiettorie possono essere utilizzate per misurare la rigidità o per verificare l'allineamento ottico attraverso l'analisi nel dominio del tempo e nel dominio della frequenza. Il caricamento selettivo delle trappole consente alle pinzette ottiche di tracciare una particella e le sue variazioni nel corso di caricamenti ripetuti in modo reversibile, consentendo così studi sull'interazione particella-superficie.
Introduzione
Ashkin ha riferito l'accelerazione e la cattura di microparticelle dalla pressione di radiazione nel 1970. 1 Il suo romanzo raggiungimento promosso lo sviluppo di tecniche di intrappolamento ottico come strumento primario per gli studi fondamentali della fisica e biofisica. 2, 3, 4, 5 Ad oggi, l'applicazione di intrappolamento ottico è concentrata principalmente sugli ambienti liquidi, e stato utilizzato per studiare una vasta gamma di sistemi, dal comportamento di colloidi alle proprietà meccaniche di singol....
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Protocollo
Attenzione: Si prega di consultare tutti i programmi di sicurezza rilevanti prima dell'esperimento. Tutte le procedure sperimentali descritte in questo protocollo sono eseguite in conformità con il programma di sicurezza LASER NIST così come altre norme vigenti. Si prega di essere sicuri di scegliere ed indossare un equipaggiamento di protezione individuale (DPI), come gli occhiali di protezione laser progettati per la lunghezza d'onda e potenza specifica. Manipolazione secco nano / microparticelle può richiedere ulteriore protezione delle vie respiratorie.
1. Progettazione e Realizzazione di un Titolare PZT e un recinto di esempio ....
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Risultati
Il lanciatore PZT è stato progettato utilizzando un pacchetto software CAD. Qui, si usa una semplice struttura a sandwich per il precarico (a PZT fissata con due piastre), come mostrato in Figura 2. Il titolare PZT e il contenitore campione può essere fabbricata da una varietà di materiali e metodi. Per una rapida dimostrazione, abbiamo scelto la stampa 3D con termoplastico come illustrato nella figura 2d. Sulla base dei componenti fabbricati, trap loadi.......
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Discussione
Il lanciatore piezoelettrico è progettato per ottimizzare le prestazioni dinamiche di una PZT selezionato. La corretta scelta dei materiali e la gestione di vibrazioni ultrasoniche PZT sono i passaggi chiave per produrre un esperimento riuscito. PZTs hanno caratteristiche diverse a seconda del tipo di trasduttore (bulk o impilati) e materiali componenti (hard o soft). Un tipo bulk PZT in materiale piezoelettrico disco viene scelto per i seguenti motivi. In primo luogo, i materiali piezoelettrici rigidi hanno minori perd.......
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Dichiarazioni
Gli autori dichiarano di non avere alcun interesse finanziario concorrente.
Ringraziamenti
Tutto il lavoro svolto sotto il supporto del National Institute of Standards and Technology. Alcune attrezzature, strumenti o materiali commerciali sono identificati per favorire la comprensione di questo protocollo. Tale identificazione non implica una raccomandazione o un'approvazione da parte del National Institute of Standards and Technology, né implica che i materiali o le attrezzature identificate siano necessariamente i migliori disponibili per lo scopo.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| ScotchBlue Nastro da pittore Originale | 3M | 3M2090 | |
| Scotch 810 Magic Tape | 3M | 3M810 | |
| Generatore di forme d'onda arbitrarie | Agilent | HP33250A | |
| Alimentatore/Fornitore di tensione digitale | Agilent | E3634A | |
| Trasduttore piezoelettrico ad anello | American Piezo Company | item91 | |
| Modulatore elettro-ottico | Con-Optics | 350− 80-LA | |
| Amplificatore per Modulatore Elettro-ottico | Con-Optics | 302RM | |
| Mitutoyo NIR Obiettivo Corretto all'infinito | Edmund optics | 46-404 | Prodotto da Mitutoyo e Distribuito da Edmund optics |
| LOCTITE SUPER COLLA LONGNECK BOTTLE | Loctite | 230992 | |
| stampante 3D | MakerBot | Replicator 2 | |
| Polilattico filamento acido (PLA) | MakerBot | True Red PLA Small Spool | |
| Sistema di acquisizione dati | National Instruments | 780114-01 | |
| Fotorivelatore a celle a quadrante | Newport | 2031 | |
| Stadio traslazionale | Newport | 562-XYZ | |
| Microscopio ottico invertito | Nikon Instruments | EclipsTE2000 | |
| Filtro a fluorescenza (verde) | Nikon Instruments | G-2B | |
| Fotocamera Flea3/CCD | Punto Grigio | FL3-U3-13S2M-CS | Laser di intrappolamento |
| Diodo pompato al neodimio ittrio vanadato (Nd:YVO4)Spectra | Physics | J20I-8S-12K/ BL-106C | |
| Ossido di indio stagno (ITO) Vetrini coprioggetti rivestiti | SPI fornisce | 06463B-AB | Microparticelle di polistirene |
| Vernice d'argento ad asciugatura rapida | Tedpella | 16040-30 | |
| Dri-Cal standard di dimensioni | Thermo Scientific | DC-20 | |
| fibra ottica | Thorlabs | P1− 1064PM-FC-5 | piastra inferiore |
| Piastra in alluminio | Thorlabs | CP4S | |
| Amplificatore di potenza ad alta tensione | TREK | PZD700A M/S |
Riferimenti
- Ashkin, A. Acceleration and Trapping of Particles by Radiation Pressure. Phys. Rev. Lett. 24 (4), 156-159 (1970).
- Gieseler, J., Novotny, L., Quidant, R. Thermal nonlinearities in a nanomechanical oscillator. Nat. Phys. 9 (12), 806-810 (2013).
- Gieseler, J., Deutsch, B., Quidant, R., Novotny, L.
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Ristampe e permessi
