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科学家第一次用雷射让纳米钻石在真空中漂浮起来

通常我们不认为光线能够推拉东西。当你向窗外看去时,太阳光不会把你推进影子里。然而,光的确可以发出微小的力量,足够让科学家们把纳米钻石(nanodiamonds)浮起来。

这项发表在自然光子学(Nature Photonics)的研究将使得显微观测器进入新的纪元。这项实验分为两个阶段,第一阶段使用的雷色光来对抗地心引力,将纳米钻石拉起来漂浮在空中,而第二阶段则让研究人员能够看到钻石发射出来的光的波长,找出其能量结构。这个实验需要两种雷射光:一个用来局限和让钻石漂浮,另一个则是引导它发光(光致萤光光谱< photoluminescence >)。

纳米钻石像一对雷射镊子一样悬浮雷射光中。这不是第一次用雷射光把钻石悬浮在空中,但是过去的实验都是在大气压力或在液体中。这是第一次在真空中执行。

纳米钻石的纳米晶体宽约100微米,小于平均人类头发直径约100 至1000倍。你需要大量的纳米晶体才能产生可见的亮光,但他们很适合光学悬浮。

在大气压力进行实验时,纳米钻石受到空气力子的撞击,这增强了纳米钻石上的作用力。但在真空的环境中,这些粒子和与纳米钻石所产生的冲击力量却不见了。因此他们碰撞力纳米金刚石真空一去不复返了。”这使我们可以对他们施加机械控制”这本研究的主要发起人莱维‧尼克奇(Levi Neukirch)解释道。

这样一来研究人员就可以自由地观测钻石的移动。”我们可以在3D的环境中测量钻石的地位,而且我们可以依据纳米钻石的位置和速度来创造回馈信号。”该研究的首席研究员、任教于罗切斯特大学的Nick Vamivakas在一份声明中表示。这个资讯意味着科学家们可以改变纳米钻石的振动,”这让我们可以有效的抑制纳米钻石的移动。”这样做的目的进一步抑制纳米钻石的影响让它几乎不移动。这意味着它可以被用来当做极其敏感的测量仪器。

不必理会这些钻石的微小尺寸,珠宝商根本就不会喜欢本实验中所使用的钻石。完美的钻石是完全由碳原子所组成,当有氮原子取代一个碳原子就会形成有缺陷的点。不过,这些氮原子有光学活性。这意味着他们很适合用来测量:他们从第二道雷射光吸取光线并发射出带有记号的光子。最微小的活动都可以让钻石能够发光。

当这个实验在大气压力、而不是真空里执行时,被局限住的钻石可在那里逗留数小时。然而对科学家来说,在实验中移除所有的空气产生了一些非常棘手的问题。钻石会在巨大的压力下形成,但他们似乎也会在非常低的压力下融化。在真空环境中,纳米钻石被强大的雷射光漂浮的时间是有限的。雷射光在纳米钻石内所产生的热能通常藉由空气分子释放出来,且钻石保持固态。然而在真空中,热能无法释放,几秒钟内钻石就消失无踪了。

研究团队将持续研究,尝试找出能够在空中飘浮但不会快速在低压下融化的钻石。

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