Nano Letters｜动态控制单个金刚石纳米颗粒的等离子体光镊

近日，美国研究人员发明了一种使用低功率激光束捕获和移动具有氮空位中心的单个胶体纳米金刚石的方法。研究中使用纳米金刚石尺寸小于 100 nm，这类碳基材料是少数可以释放单个光子的材料之一，因此在量子光子学应用方面具有潜在应用。该研究目前已发表于 Nano Letters (www.doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00357)。

在此之前，聚焦在纳米尺寸金属表面附近的光场形成的光镊可以捕获纳米金刚石，但由于聚焦光斑过大导致无法移动它们。为了创建纠缠源和量子位（提高量子计算机处理速度的元素）需要几个纳米金刚石量子发射器靠近在一起，以便它们可以相互作用以制造量子位。而使用原子力显微镜需要花费数小时才能将纳米金刚石一次一个地推进直到形成目标结构。

低频电热等离子体光镊装置的效果图。

本研究是一项跨学科研究，其简化了捕获和操纵纳米金刚石的过程。具体地来说，这里的镊子是一种低频电热等离子体镊子 (LFET)，它将一小部分激光束与低频交流电场结合在一起。这是一种捕获和移动纳米金刚石的全新机制。使用这种方法，纳米金刚石可以在几秒钟内移动。并且，LFET 是第一个可扩展的传输和按需组装的粒子操控技术。为了增强量子特性，必须将具有氮空位中心的纳米金刚石等量子发射体与纳米光子学结构耦合。因此，纳米金刚石的控制技术可用于制造未来的高效单光子源。

下一步，研究人员将尝试将金刚石颗粒排列在纳米光子学结构上增强其单光子发射性能，并进一步探索该技术在超亮单光子源，以及量子纠缠在信息和成像方面的应用。