利用光驅動的奈米電漿子馬達
- 上線日期：2010/7/30 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家最近製作出新穎的奈米馬達，可以驅動體積比自己大4000倍的微米盤。此馬達大小僅100 nm，是以電漿子效應(plasmonic effects)驅動，可以用來操控微小的DNA或驅動奈米機電系統(NEMS)，由於貌似微小的風車，因此被命名為光風車(light mill)。
科學家早知道可以利用光子的線性動量和角動量來移動奈米級物體。光子可藉由轉移動量對物體施加作用力，達到捕捉與冷卻物體的目的。光子的角動量也能透過散射或吸收產生力矩，來轉動奈米級物體，然而問題是奈米馬達使用的介電材料光學係數很小，導致光與物質之間的作用力很弱，因此需要微米甚至毫米的級的物體才能產生夠大的力矩。
為了增加光-物質的交互作用，近年來科學家嘗試利用金屬表面電子集體振盪形成的表面電漿子(surface plasmons)。當入射光與表面電漿子振動頻率共振時，光場會被放大且侷限在奈米金屬表面上，此時吸收係數會大幅增加，這個效應已經成功地應用在單分子偵測及表面電漿子增強拉曼光譜學(SERS)上。
勞倫斯伯克萊國家實驗室的Xiang Zhang等人利用此效應來驅動奈米馬達，他們以金奈米材料製造出四個Γ組成的十字平面圖形(planar gammadion structures)。這個大小約100 nm的電漿子馬達可以轉動約2 μm的二氧化矽碟。
研究人員藉由調整入射光波長，來操控奈米馬達的旋轉方向及速率。以功率1 mW、波長810 nm的光照射時，奈米馬達會以0.3 Hz的速率反時針向旋轉，若功率不變而波長改成1700 nm，它會以相同速率順時針旋轉。此外，由於力矩主要來自於超穎材料(metamaterial)的形狀及其與光的交互作用，因此不需特別調整入射光極化方向，簡單的線偏振或非偏振光就可滿足需求。
此奈米電漿子馬達非常適合用來驅動奈米機電系統或生物工程，若加以適當改造，也能用來收集太陽光，此外也可將數個馬達相互結合以提供較大的功率，就像車中的鉛電池一樣。詳見Nature Nanotechnology | doi:10.1038/nnano.2010.128。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/43127
譯者:院繼祖(中央研究院應用科學研究中心)
責任編輯:蔡雅芝
- 相關附件: