Крошечное пятнышко яркого зеленого света, которое можно увидеть на приведенном выше снимке, является частичкой алмазной «пыли», пойманной в энергетическую ловушку луча лазерного света. Этого удалось добиться группе исследователей из университета Рочестера (University of Rochester), возглавляемой профессором Ником Вэмивэкасом (Nick Vamivakas), которые изучают физические явления, происходящие на границе между макро- и квантовым миром.

В статье, подготовленной для публикации в журнале Optics Letters, исследователи подробно описывают методы и технологии, с помощью которых им удалось поднять, захватить и управлять положением кристалла алмаза, размером всего в 100 нанометров.

Помимо этого, с помощью дополнительных уловок, исследователи заставили этот кристалл излучать фотоны света различных длин волн, превратив этот кристалл в универсальный перестраиваемый источник света.

Свет, излучаемый кристаллом алмаза, появляется вследствие явления фотолюминесценции. Дефекты кристаллической решетки алмаза, которые являются атомами чужеродного вещества, примесями, специально включенными в состав кристалла, поглощают фотоны света луча второго лазера. Это приводит к возбуждению атомов примеси, электроны которых переходят в более высокое энергетическое состояние. Через какое-то весьма короткое время электроны возвращаются к прежнему состоянию, испуская фотон света определенной длины волны.

С помощью этого процесса, известного под названием оптической накачки, ученые, изменяя характеристики света лазера накачки, заставили кристалл алмаза излучать свет различных длин волн.

Для захвата и удержание кристалла алмаза исследователи использовали достаточно известный и распространенный метод, называемой оптической ловушкой. Этот метод работает за счет эффекта возникновения притягивающих или отталкивающих сил, действующих на наночастицу из изоляционного материала под влиянием сфокусированного луча света мощного лазера.

Именно эти эффекты в течение некоторого времени используются учеными в качестве оптического пинцета и на основе таких эффектов могут быть созданы силовые лучи, которые позволят манипулировать и перемещать объекты в пространстве.

Но, в отличие от управления оптическим пинцетом, процесс поимки кристаллов алмаза в оптическую ловушку является гораздо более сложным занятием. Для этого исследователи распыляли аэрозольный состав, содержащий алмазные наночастицы, в пределах рабочего пространства лазера. Некоторые из наночастиц попадали в нужную область действия лазерного луча и фиксировались в точке оптической ловушки.

«Нам требовалось от нескольких минут до получаса времени и несколько попыток распыления аэрозоля в рабочей области, прежде чем один из микроскопических кристаллов был пойман в ловушку. Но, поймав кристалл в эту ловушку, мы могли удерживать его там практически бесконечно долго, что позволяло нам произвести свои основные эксперименты» – рассказывает Леви Неукирч (Levi Neukirch), аспирант из университета Рочестера.

Основываясь на результатах своих успешных исследований,

ученые планируют использовать разработанную ими технологию для создания высокочувствительного нано-сенсорного оборудования, с помощью которого можно будет с невероятно высокой точностью измерять различные физические величины и константы, что позволит ученым объяснить некоторые из самых фундаментальных загадок современной физики.