|
|
Golden nanoparticle in optical tweezers: influence of shape and orientation on optical trapping
Šiler, Martin ; Brzobohatý, Oto ; Chvátal, Lukáš ; Karásek, Vítězslav ; Paták, Aleš ; Pokorná, Zuzana ; Mika, Filip ; Zemánek, Pavel
Noble metal nanoparticles (NPs) have attracted increased attention in recent years due to various applications of resonant collective oscillations of free electrons excited with light (plasmon resonance). In contrast to bulk metal materials, where this plasmon resonance frequency depends only on the free electron number density, the optical response of gold and silver NPs can be tuned over the visible and near-infrared spectral region by the size and shape of the NP. Precise and remote placement and orientation of NPs inside cells or tissue would provide another degree of control for these applications. A single focused laser beam – optical tweezers – represents the most frequently used arrangement which provides threedimensional (3D) contact-less manipulation with dielectric objects or living cells ranging in size from tens of nanometers to tens of micrometers. It was believed that larger metal NPs behave as tiny mirrors that are pushed by the light beam radiative force along the direction of beam propagation, without a chance to be confined. However, recently several groups have reported successful optical trapping of gold and silver particles as large as 250 nm. We\noffer an explanation based on the fact that metal nanoparticles naturally occur in various nonspherical\nshapes, and their optical properties differ significantly due to changes in localized plasmon excitation.
|
|
|
Plasmonic Antennas
Kvapil, Michal ; Brzobohatý, Oto (oponent) ; Novák, Stanislav (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
This doctoral thesis deals with plasmonic antennas. The resonant properties of plasmonic antennas have been studied both theoretically and experimentally. Theoretical calculations have been made using the finite-difference time-domain numerical method in Lumerical FDTD Solutions software. For the experiments, antennas were fabricated by electron beam lithography. Resonant properties of the fabricated antennas have been studied by Fourier transform infrared spectroscopy. The thesis is aimed at the investigation of the resonant properties of plasmonic antennas, when situated on a film of nanocrystalline diamond. Also, the application of antennas as a plasmon-based sensor functionalized to streptavidin sensing has been investigated. Finally, an antenna with the shape of the letter V has been introduced. Due to the reduced symmetry of the V-antenna, the incident light of wavelength close to an antenna quadrupole mode is unidirectionally scattered.
|
|
|
Měření extinkčních spekter opticky zachycených plazmonických nanočástic
Flajšmanová, Jana ; Jonáš,, Alexander (oponent) ; Brzobohatý, Oto (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá zobrazováním v temném poli a optickou spektroskopií opticky zachycených plazmonických nanočástic. Optické chytání a charakterizace jednotlivých částic nebo jejich určitého množství jsou názorně vysvětleny. Počet opticky chycených částic může být odhadnut z intenzity rozptylu objektu v temném poli. Experimenty prokazují u chycených kovových nanočástic jejich vzájemnou interakci, na rozdíl od částic dielektrických. Rozptylová spektra plazmonických nanočástic jsou srovnána s teoretickými modely založenými na Mieho teorii a Diskrétní dipólové aproximaci.
|
|
|
Měření rezonančních vlastností plazmonických nanostruktur v transmisním a reflexním režimu spektroskopie dalekých polí
Klement, Robert ; Brzobohatý, Oto (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
Optická spektroskopie v dalekém poli umožňuje měření lokalizovaných plazmonických rezonancí na kovových nanostrukturách různých tvarů a velikostí při jejich osvětlení spojitým světlem. Při použití mikroskopie v temném poli je možné naměřit rozptyl na lokalizovaném plazmonu excitovaném na jediné izolované nanostruktuře. Za účelem těchto měření byla sestavena aparatura založená na komerčním systému duálního mikroskopu Nanonics. Experimenty provedené v rámci této práce ukazují vysokou citlivost aparatury v jejím současném stavu, umožňující naměření plazmonické rezonance jediné nanočástice. Navržená vylepšení aparatury by měla v blízké budoucnosti vést ještě k větší citlivosti a přesnosti měření.
|
|
|
Silové účinky laserových svazků na nesférické částice
Zemánek, Pavel ; Brzobohatý, Oto ; Arzola, A. V. ; Šiler, Martin ; Simpson, Stephen Hugh ; Chvátal, Lukáš ; Jákl, Petr
Silové účinky světla na částici jsou založeny na výměně hybnosti mezi fotony a částicí, která vede k tzv. optické síle působící na částici. V případě nesférických částic je tato interakce obohacena i o výměnu momentu hybnosti mezi světlem a částicí. Vzniká tak moment síly, který působí na nesférickou částici a natáčí ji v laserovém svazku. Orientace částice však zpětně silně ovlivňuje optické síly, které na částici působí, a následně případnou rovnovážnou polohu částice ve svazku. Chování nesférické částice je tak mnohem komplexnější, než v případě kulových částic a vede k velmi zajímavých efektům. Dosažené výsledky naznačují, že použití nesférických částic při jejich samouspořádávání světlem do opticky vázaných mikrostruktur, rozšiřují možnosti této metody, protože kromě statické mikrostruktury lze dosáhnout i struktur, které celé rotují nebo alespoň obsahují rotující komponenty.
|
|
|
Přechod šum - signál: zisk energie ze šumu studovaný pomocí optické pinzety
Šiler, Martin ; Filip, R. ; Jákl, Petr ; Brzobohatý, Oto ; Zemánek, Pavel
Nelineární jevy ve fyzikálních systémech, ve kterých dominuje šum, se vyskytují v mnoha různých oblastech a představují velice zajímavé téma. Jedná se například o chování qubitů v kvantových počítačích, průchod elektronu Josephsonovým přechodem v supravodivých systémech nebo (okrajově) chování finančních trhů. Tyto oblasti mají společné, že jsou popsány pomocí stochastických diferenciálních rovnic. Existující přístup k tomuto tématu se zabýval především určováním průměru, odchylek a dalších statistických parametrů. Nedávný rozvoj optické kontroly mechanických systémů otevřel nové možnosti studia mechanických efektů v termodynamice a statistické fyzice, stochastických systémech a kvantové mechanice. Unikátní je možnost sledovat chovaní jedné částice, několika částic až po komplexní mnohačásticové systémy. Můžeme očekávat, že se v blízké budoucnosti objeví nelineární stochastické efekty, které transformují šum v užitečné mechanické efekty. V tomto příspěvku se zabýváme chováním mikroskopické částice, která se pohybuje náhodným Brownovým pohybem, v kubickém potenciálu. Ten přestavuje nejjednodušší systém, ve kterém můžeme pozorovat výše zmíněné nelineární jevy. Zabýváme se především přechodem signál-šum. Tedy tím, jak se vyvíjí poloha částic v závislosti na jejich počátečním rozložení a na síle kubického potenciálu. Ukážeme, že v krátkém časovém úsek může dojít ke kompresi původního náhodného rozdělení částic a k rychlému posunu částic daným směrem.
|
|
| |
|
|
Od pouhého tlačení po třídění mikročástic a skládání mikrorobotků světlem
Zemánek, Pavel ; Arzola, Alejandro V. ; Brzobohatý, Oto ; Chvátal, Lukáš ; Jákl, Petr ; Kaňka, Jan ; Karásek, Vítězslav ; Šerý, Mojmír ; Šiler, Martin
Již Johannes Kepler při pozorování komet vyvodil, že světlo může působit pozorovatelnou silou na mikročástice. Dnes je toto tlačení objektů světlem využíváno jako levný zdroj pohonu pro sluneční plachetnice. V mikrosvětě je téměř třicet let je znám nástroj zvaný optická pinzeta, který k zachycení a přemístění mikroobjektů využívá silně fokusovaného laserového svazku. Nicméně přitahování objektů světlem směrem ke zdroji záření patřilo dlouhá léta do říše sci-literatury. V posledních letech byla publikována řada teoretickým návrhů, jak tohoto efektu docílit, pouze zlomek z nich byl však demonstrován experimentálně a dva z nich v naší laboratoři. Jedná se o tzv. světelné tažné svazky, které umožňují transport mikroobjektů proti směru proudu fotonů. Podařilo se nám ukázat, že experimentální sestava umožňuje rovněž velmi efektivně separovat desítky mikročástic pouhým ozářením suspenze laserem. Vzájemná interakce mezi více ozářenými částicemi vede k vytvoření vazby mezi nimi, která je zprostředkována rozptýlenými fotony. Tato optická vazba je velmi slabá, ale postačuje k samovolnému vytvoření mikrostruktur z jednotlivých původně volných mikročástic. Vytvořené mikrostruktury se ve světelném poli tažného svazku chovají zcela odlišně jednotlivé volné částice a mohou se i pohybovat opačným směrem. Osvícením suspenze částic vhodně rozloženým světelným polem je pak možné nejen samovolně sestavit mikrostruktury, ale též je cíleně dopravit na určité místo ozářené plochy – a to je již zárodek budoucích mikrorobotků sestavených a poháněných světlem.
|
|
|
Opticky zachycené laditelné kapénkové mikrolasery
Ježek, Jan ; Pilát, Zdeněk ; Brzobohatý, Oto ; Jonáš, Alexandr ; Aas, M. ; Kiraz, A. ; Zemánek, Pavel
Emulzní mikrokapénky, které se nemísí s okolní nosnou kapalinou, přestavují dokonalé kulové mikroobjekty s ideálně hladkým optickým povrchem. Lze v nich vybudit speciální mody (tzv. Whispering Gallery Modes - WGM) s extrémně vysokým činitelem jakosti a následně velmi úzkou spektrální odezvou. Jsou-li tyto kapénky vhodně fluorescenčně obarveny a opticky čerpány, jednotlivé WGM fungují jako kruhové rezonátory, ve kterých se generuje koherentní záření. Takový kapénkový mikrolaser představuje miniaturní zdroj koherentního záření, který lze bezkontaktně přemísťovat a jehož emisní spektrum je extrémně citlivé na změny velikosti, tvaru a rovněž indexu lomu v okolí povrchu kapénky.
|
|
|
Optický transport a třídění pomocí tažného paprsku
Brzobohatý, Oto ; Karásek, Vítězslav ; Šiler, Martin ; Chvátal, Lukáš ; Čižmár, Tomáš ; Zemánek, Pavel
Realizovali jsme experimentálně novou metodu třídění suspenze koloidních částic v samostatném širokém laserovém svazku. Třídění se provádí realizací tzv. tažného paprsku slabě fokusovaným laserovým svazkem, jenž je pod malým úhlem zpětně odražen na dielektrickém zrcadle. V tomto uspořádání je příčná poloha vertikálně zachycených částic závislá na směru lineární polarizace svazku. Otočení polarizace o 90 stupňů změní znaménko optické síly působící podél osy z na částice zvolených vlastností a tím i směr pohybu částice. Tento způsob třídění poskytuje překvapivě efektivní metodu pro pasivní roztřídění řádově desítek částic najednou pouhou změnou polarizace.
|
host ::
RSS.