A Baszk Anyagtudományi Központ (CSIC-UPV / EHU) és a Donostiai Nemzetközi Fizikai Központ (DIPC), valamint egy, a Cambridge Egyetemről érkezett nemzetközi csapat részvételével megalkotta a világ legkisebb lencséjét, ami képes a fényt az atom méretei alatti méretekben koncentrálni/fókuszálni.

A bejegyzés megértéséhez szükséges néhány alapfogalom, meghatározás:

optikai lencsék: működőképességüket korlátozza a megvilágító fényforrás hullámhosszából adódó diffrakciós határ. Vagyis ezekkel a lencsékkel általában nem lehet 200 nanométernél kisebb objektumokat megfigyelni. Ez a mérettartomány a legkisebb baktériumoké. A pásztázó elektronmikroszkópok ugyan képesek akár egy nanométeres méreteket is érzékelni, azonban nagyon drágák, nehezek és nagyméretűek. A Magyarországon is gyártott és tovább fejlesztett kétfoton mikroszkóp például ezeken a gondokon segít átlendülni, ezért szinte nélkülözhetetlen az agykutatással, neuronokkal foglalkozó kutatóintézetekben. Ugyanakkor, ahogy azt említettük az áruk elég tetemes.

diffrakciós határ: az alkalmazott fény hullámhosszánál lényegesen közelebb levő pontok nem bonthatók fel semmilyen optikai eszközzel.  (vagyis az a határ, ahol még különálló pontokat látunk)

kavitáció: üregesedés

Klasszikus értelmezésben például a turbinalapátokon, vagy egyéb más, áramló folyadékkel érintkező felületeken kialakuló üregekről/lyukakról van szó.

Figyuzz:

áramlik a folyadék → hirtelen lecsökken a nyomás → apró, pár milliméteres gömböcskék (gőz) képződnek, amik a folyadékban haladnak → a nagy nyomású tartományokba érve azonban gyorsan összeroppannak → közben energiát adnak le.

Ha ez az összeroppanás egy felület közelében következik be, akkor ott a nekik megfelelő méretű adott méretű gödröt vájnak bele a felületbe (erre használják az energiájukat).

Tehát, ez az előbbiekben említett legkisebb lencse képes a fényt az atom méretei alatti méretekben koncentrálni/fókuszálni, vagyis a kutatók átlépték a diffrakciós határt, megdöntöttek eddig használt határértékeket.

A 2016.11.11-én, a tekintélyes és mérvadó tudományos Science folyóiratban megjelent értekezésben arról

Ábra 1: Művészi elképzelés, amely bemutatja a mindennapos mértékben látható fényt (égő), ahogy az egyetlen molekula rezgését képes vizsgálni. (szerző: Universidad de Cambridge/Bart de Nijs).

tájékoztatnak, hogy arany nanorészecskéket alkalmaztak a fénynyaláb fókuszálásra, amelyek így láthatóvá teszik az egyes molekulák kémiai kötéseit.

Ezt olyan módon érik el, hogy a koncentrált fénynyaláb opto-mechanikai kölcsönhatás révén vált ki reakciót molekuláris szinten.

Az egyik vezető kutató Javi Auzpurua szavai szerint a következőképpen teszi:

"Ahogy egy gitárpengető megrezegteti a gitárhúrokat, a fénynyaláb energiája is aktivizálni tudja egy adott molekula adott kötéseit. Ezt a jelenséget opto-mechanikai kölcsönhatásnak (=interakciónak) nevezzük. Ebben a kísérletben a kutatóknak sikerült elérniük, hogy a pikokavitáson fókuszált fénynyaláb aktiválja egy közeli molekula rezgéseit. Mintha a világ legkisebb gitárjáról lenne szó, amelyet a fény rezegtet (vagyis a fény zenél :-))

Ez egy molekuláris szintű opto-mechanikai kölcsönhatás, és arra használhatjuk fel, hogy kiváltson optikai jeleket atomi szinten. Vagyis hétköznapi nyelven szólva egy adott fény, adott "hangot" szólaltat meg, miközben egy másik fény ezt nem képes ezzel megtenni.

A nanostruktúrák létrehozása atomi szintű kontroll esetére, nagyon nehézkes, hiszen a -260 fokra lehűtött arany atomokat kell lézerfénnyel megvilágítani. Ekkor egy pár atom elmozdul, kialakítva így a pikokavitást. Ugyanebben a pillanatban, a fókuszált fénynyaláb aktiválja a molekuláris rezgést, amit valós időben tudunk lekövetni."

Figura 2: Néhány atomból álló pikokavitás mellett található molekula ábrázolása. A gödör gradiense az elméleti számításoknak megfelelően a pikokavitáson fókuszált fénysugárral esik egybe, ami képes egy közeli molekula kötéseit megrezegtetni. (forrás: Javi Aizpurua).

Hogy miért olyan nagy kunszt ez? Hol lehet majd alkalmazni?

A következő bejegyzések egyikében ezt fogjuk taglalni!!

* San Sebastian Baszkföld egyik jelentős városa, Guipuzkoa megye fővárosa. A neve érdekessége abban rejlik, hogy San Sebastian a spanyol neve, míg a Donostia a baszk név. Minden baszk városnak, helységnek van ilyen módon spanyol és baszk elnevezése is. Vannak olyanok, amik hasonlítanak, mint pld Bilboa/Bilbo, és vannak teljesen eltérők, mint Vitoria/Gasteiz, vagy a már említett San Sebastian /Donostia

Üdvözlettel,

ScienceGuruk