Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Pinset Optik menahan Partikel Nano dalam Helium Superfluida

Fokus superfluida: Skema yang menunjukkan bagaimana laser (hijau) ditembakkan pada permukaan emas dalam superfluida untuk membuat partikel nano. Nanopartikel kemudian disimpan dalam pinset optik, yang dibuat dengan memfokuskan laser lain (merah) di superfluida. (Sumber: Yosuke Minowa/Universitas Osaka)

Pinset optik telah digunakan untuk memanipulasi nanopartikel dalam helium superfluida pada suhu 1,4 K yang dingin. Eksperimen ini digambarkan sebagai "aplikasi pinset optik pertama yang berhasil pada suhu sangat rendah," oleh Yosuke Minowa – yang mencapai prestasi tersebut bersama rekan-rekannya di Universitas Osaka di Jepang. Para peneliti percaya bahwa pekerjaan mereka dapat mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang antarmuka antara dunia klasik dan kuantum.

Ketika helium cair didinginkan hingga sekitar 2 K, ia berubah menjadi keadaan kuantum materi yang memiliki viskositas nol dan karenanya dapat mengalir selamanya tanpa kehilangan energi kinetik. Helium superfluida ini memiliki beberapa sifat aneh, seperti kemampuan memanjat dinding wadah dan melarikan diri dari penangkaran. Selanjutnya, eksitasi seperti vortisitas dalam superfluida dikuantisasi.

Sementara helium superfluida telah dipelajari secara ekstensif sejak penemuannya 85 tahun yang lalu, beberapa fisika di balik superfluiditas tetap menjadi misteri. Meningkatkan pengetahuan kita tentang fenomena ini melampaui batas Bumi karena superfluiditas diyakini oleh beberapa orang ada di dalam bintang neutron.

Sinar terfokus

Salah satu area yang kurang dipahami adalah bagaimana superfluida berinteraksi dengan objek seperti partikel nano, yang perilakunya melintasi batas antara fisika kuantum dan klasik. Dalam percobaan di Osaka ini, para peneliti memperkenalkan nanopartikel emas atau seng oksida (berukuran sekitar 10–80 nm) ke helium superfluida. Hal ini dilakukan dengan menembakkan laser pada permukaan emas atau seng oksida yang direndam dalam superfluida, mengetuk nanopartikel dari permukaan dan masuk ke superfluida.

Sinar laser lain sangat difokuskan ke wilayah kecil di dalam superfluida untuk membuat pinset optik, yang dapat menahan partikel nano di tempatnya hingga 30 menit.

Pinset optik adalah teknik mapan yang memanfaatkan fakta bahwa gradien medan listrik dalam sinar laser paling besar pada titik fokus dan ini menarik dan menahan partikel nano. Namun, tim mengatakan bahwa ini adalah pertama kalinya pinset optik digunakan pada suhu rendah seperti itu.

Selain menawarkan cara untuk mempelajari interaksi antara fisika klasik dan kuantum, Minowa dan rekannya percaya bahwa partikel nano yang disimpan dalam pinset optik dapat menyediakan cara untuk mempelajari pusaran terkuantisasi dalam superfluida. Misalnya, nanopartikel dapat digunakan untuk memvisualisasikan atau bahkan mengontrol keadaan kuantum ini.

Penelitian ini dijelaskan dalam Optica.