پلاسمونیک‌ و انبرک‌های اپتیکی

از زمان ساخت جام لیکورگوس به‌ دست شیشه‌گرهای رومی که حدود ۲۴۰۰ سال پیش صورت گرفت تاکنون، محققان و مهندسان فهمیده‌اند که می‌توانند با استفاده از نور هر نوع کاری را انجام دهند؛ مانند مخابرات فیبر نوری و استفاده از لیزر برای نور، بریدن و اصلاح سطح نور و… . علم فوتونیک به دانشی گفته می‌شود که به تولید، انتقال، آشکارسازی، کنترل و دستکاری نور مربوط می‌شود.

از زمان ساخت جام لیکورگوس به‌ دست شیشه‌گرهای رومی که حدود
۲۴۰۰ سال پیش صورت گرفت تاکنون، محققان و مهندسان فهمیده‌اند
که می‌توانند با استفاده از نور هر نوع کاری را انجام دهند؛
مانند مخابرات فیبر نوری و استفاده از لیزر برای نور، بریدن و
اصلاح سطح نور و… . علم فوتونیک به دانشی گفته می‌شود که به
تولید، انتقال، آشکارسازی، کنترل و دستکاری نور مربوط می‌شود.

یکی از زیرشاخه‌های این علم به دستکاری وگسیل نور با افزاره‌ها
و مواد نانومقایس می‌پردازد و از آن جمله می‌توان به پلاسمونیک‌ها
اشاره کرد که ادوات اپتوالکترونیکی زیر موجی را نوید می‌دهند
که می‌توان از آنها در شکل‌دهی عناصر سازنده افزاره‌های اپتیکی
تراشه‌ای استفاده کرد.

جام لیکورگوس هنگامی که از بیرون روشن می‌شود سبز است و هنگامی
که از داخل روشن می‌گردد، قرمز می‌شود و علت آن نانوذرات فلزی،
طلا و نقره است که بر اثر نور باعث برانگیزش پلاسمون‌های سطحی
می‌شود. در فیزیک یک پلاسمون به‌صورت شبه‌ذره‌ای تعریف می‌شود
که از کوانش نوسان‌های پلاسما ایجاد می‌شود؛ مانند فوتون و
فونون که نتیجه کوانش نور و صوت است
 

دکتر رومان کوئیدانت، عضو یک گروه تحقیقاتی اسپانیایی- فرانسوی،
چنین توضیح می‌دهد: “محبوس‌سازی و شدت میدان پلاسمون‌های سطحی،
یک پیشرفت نویدبخش در دستکاری و انتقال مقادیر ریزی از ماده را
به طریق اپتیکی میسر می‌سازد. در این مورد انبرک‌های اپتیکی
کاملاً مجتمع که قادر به تولید نیروهای اپتیکی مناسب هستند، می‌توانند
در گسترش افزاره‌های مربوط به آزمایشگاه تراشه‌ای مفید باشند.”

کوئیدانت که محققی از ICREA و استادیار ICFO در بارسلونای
اسپانیاست، توانسته است پلی بین دستکاری اپتیکی و اپتیک
پلاسمون‌های سطحی را برای رسیدن به نیروهای اپتیکی قوی که قادر
به جابه‌جایی مقادیر بسیار کوچکی از ماده هستند، برقرار کند.

او اخیراً کار خود را در نشریه Nature Physics با عنوان “به
دام‌اندازی حساس و موازی در محیط‌های پلاسمونیکی الگودهی‌شده”
به چاپ رسانده‌است.

ماریزیو ریقینی، دانشجوی دکتری گروه و مؤلف اول این مقاله،
چنین می‌گوید: “یک سطح طلایی تخت که با نور لیزری ناکانونی و
نامتقارن روشن می‌شود، منجر به پتانسیل اپتیکی همگن سطحی می‌گردد
و باعث به دام‌اندازی جایگزیده اشیای منفرد که می‌خواهند حمل
شوند می‌شود. به دام‌اندازی جایگزیده نیاز به یک محبوس‌سازی
اضافی دارد که می‌توان آن را با الگودهی سطح فلزی برای کنترل
توزیع میدان پلاسمون‌های سطحی ایجاد کرد. “
مزایای انبرک‌های حاصل از این روش عبارتند از:

۱٫ نیاز به نور لیزر کانونی ندارند
۲٫ به دام‌اندازی موازی با یک باریکه منفرد قابل انجام است
۳٫ از نیروی افزایش‌یافته حاصل از پلاسمون‌های سطحی استفاده
می‌کند

جالب‌ترین نکته این یافته در این است که برخلاف انبرک‌های
اپتیکی موجود، طراحی انبرک‌های حاصل از پلاسمون‌های سطحی می‌تواند
به گونه‌ای باشد که به اجسام خاص حساس بوده، به‌صورت انتخابی
عمل کند.

این انبرک‌ها چشم‌انداز تازه‌ای برای به دام‌اندازی، انتقال و
منظم‌سازی اشیای کوچک در سطح یک تراشه به روی ما می‌گشایند و
می‌توانند در بسیاری از زمینه‌ها مانند الکترونیک، داروسازی و.
. . استفاده شوند