科學家第一次用雷射讓奈米鑽石在真空中漂浮起來

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通常我們不認為光線能夠推拉東西。當你向窗外看去時,太陽光不會把你推進影子裡。然而,光的確可以發出微小的力量,足夠讓科學家們把奈米鑽石(nanodiamonds)浮起來。

這項發表在自然光子學(Nature Photonics)的研究將使得顯微觀測器進入新的紀元。這項實驗分為兩個階段,第一階段使用的雷色光來對抗地心引力,將奈米鑽石拉起來漂浮在空中,而第二階段則讓研究人員能夠看到鑽石發射出來的光的波長,找出其能量結構。這個實驗需要兩種雷射光:一個用來侷限和讓鑽石漂浮,另一個則是引導它發光 (光致螢光光譜< photoluminescence >)。

奈米鑽石像一對雷射鑷子一樣懸浮雷射光中。這不是第一次用雷射光把鑽石懸浮在空中,但是過去的實驗都是在大氣壓力或在液體中。這是第一次在真空中執行。

雷射讓鑽石浮起

奈米鑽石的奈米晶體寬約100微米,小於平均人類頭髮直徑約 100 至 1000倍。你需要大量的奈米晶體才能產生可見的亮光,但他們很適合光學懸浮。

在大氣壓力進行實驗時,奈米鑽石受到空氣力子的撞擊,這增強了奈米鑽石上的作用力。但在真空的環境中,這些粒子和與納米鑽石所產生的衝擊力量卻不見了。因此他們碰撞力納米金剛石真空一去不復返了。”這使我們可以對他們施加機械控制”這本研究的主要發起人萊維‧尼克奇(Levi Neukirch)解釋道。

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這樣一來研究人員就可以自由地觀測鑽石的移動。”我們可以在3D的環境中測量鑽石的地位,而且我們可以依據奈米鑽石的位置和速度來創造回饋信號。”該研究的首席研究員、任教於羅切斯特大學的Nick Vamivakas在一份聲明中表示。這個資訊意味著科學家們可以改變奈米鑽石的振動,”這讓我們可以有效的抑制奈米鑽石的移動。”這樣做的目的進一步抑制奈米鑽石的影響讓它幾乎不移動。這意味著它可以被用來當做極其敏感的測量儀器。

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不必理會這些鑽石的微小尺寸,珠寶商根本就不會喜歡本實驗中所使用的鑽石。完美的鑽石是完全由碳原子所組成,當有氮原子取代一個碳原子就會形成有缺陷的點。不過,這些氮原子有光學活性。這意味著他們很適合用來測量:他們從第二道雷射光吸取光線並發射出帶有記號的光子。最微小的活動都可以讓鑽石能夠發光。

當這個實驗在大氣壓力、而不是真空裡執行時,被侷限住的鑽石可在那裡逗留數小時。然而對科學家來說,在實驗中移除所有的空氣產生了一些非常棘手的問題。鑽石會在巨大的壓力下形成,但他們似乎也會在非常低的壓力下融化。在真空環境中,奈米鑽石被強大的雷射光漂浮的時間是有限的。雷射光在奈米鑽石內所產生的熱能通常藉由空氣分子釋放出來,且鑽石保持固態。然而在真空中,熱能無法釋放,幾秒鐘內鑽石就消失無蹤了。

研究團隊將持續研究,嘗試找出能夠在空中飄浮但不會快速在低壓下融化的鑽石。
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來源: Iflscience