Spectroscopic characterization of optically trapped nanoparticles

Autor: Kumar, Aashutosh
Přispěvatelé: Institut Néel (NEEL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA), Université Grenoble Alpes [2020-....], Jochen Fick, STAR, ABES
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Optics [physics.optics]. Université Grenoble Alpes [2020-..], 2020. English. ⟨NNT : 2020GRALY046⟩
Popis: Since the past few decades, optical tweezers have emerged as a tool for contactless trapping and manipulating nanoparticles. The optical trapping using optical fibers is a complementary and versatile approach that allows easy integration of other experimental techniques such as spectroscopy. In this context, we have studied the optical trapping of nanoparticles using two distinct fiber tweezers setups in air and water, respectively. The particle trapping in air has been observed as challenging, using a diverging beam produced by nanostructured fibers, since it could not pull the particles towards the center of the light beam. In contrast, the particle trapping in water has appeared to be very efficient, which has been realized using two counter-facing tapered fiber tips. To further enhance the trapping efficiency and flexibility of this setup, we have implemented two different 3D printed fibers: Fresnel lens and total internal reflection (TIR)-probe fibers. This experimental setup has been used for optical trapping and spectroscopic characterization of europium-doped nanorods by employing two different fiber types. Firstly, we have studied the stable nanorod trapping in tip-contact using a diverging beam producing beam fiber. Secondly, the efficient nanorod trapping has been realized using the counter-propagating converging beams of two Fresnel lens fibers at about 200 µm distance between these fibers. These nanorod trapping experiments have been exploited for measuring the direction and polarization-resolved Eu3+ photoluminescence emission. A polarization-dependent emission has been studied in a perpendicular direction with respect to the nanorod axis, which allowed the determination of σ and π-polarization of emission electric and magnetic dipole transitions. We have precisely determined the orientation of optically trapped nanorods using trapping videos and spectroscopic means. It further motivates us for faster spectroscopic analysis of these nanorods from the perspective of microrheologic experiments. In the last experiment, we have trapped plasmonic oxide nanoparticles in the aspect of studying their light absorption feature for bio-sensing applications.
Depuis quelques décennies, les pinces optiques sont devenues un outil de piégeage et de manipulation sans contact de nanoparticules. Le piégeage optique à l'aide de fibres optiques est une approche complémentaire et polyvalente qui permet l’intégration aisée d'autres techniques expérimentales telles que la spectroscopie. Dans ce contexte, nous avons étudié le piégeage optique de nanoparticules à l'aide de deux configurations de pinces distinctes dans l'air et l'eau, respectivement. Le piégeage des particules dans l'air a été observé comme difficile, en utilisant un faisceau divergent produit par des fibres nanostructurées, car il ne pouvait pas attirer les particules vers le centre du faisceau lumineux. En revanche, le piégeage des particules dans l'eau s'est avéré très efficace, ce qui a été réalisé en utilisant deux pointes de fibres coniques opposées. Pour améliorer encore l'efficacité et la flexibilité de piégeage de cette configuration, nous avons implémenté deux fibres imprimées en 3D différentes: une lentille de Fresnel et des fibres à réflexion interne totale (TIR). Cette configuration expérimentale a été utilisée pour le piégeage optique et la caractérisation spectroscopique de nanobâtonnets dopés à l'europium en employant deux types de fibres différents. Dans un premier temps, nous avons étudié le piégeage stable de nanobâtonnets en contact vaec la pointe à l'aide d'un faisceau divergent. Deuxièmement, le piégeage efficace de nanobâtonnets a été réalisé en utilisant les faisceaux convergents à contre-propagation de deux fibres à lentille de Fresnel à une distance d'environ 200 µm entre ces fibres. Ces expériences de piégeage de nanorod ont été exploitées pour mesurer la direction et l'émission de photoluminescence Eu3+ résolue en polarisation. L’émission dépendant de la polarisation a été étudiée dans une direction perpendiculaire par rapport à l'axe de la nanobâtonnet, ce qui a permis de déterminer la polarisation σ et π des transitions dipolaires électriques et magnétiques. Nous avons déterminé avec précision l'orientation des nanobâtonnets piégés optiquement à l'aide de vidéos de piégeage et de moyens spectroscopiques. Cela nous motive en outre pour une analyse spectroscopique plus rapide de ces nanobâtonnets du point de vue des expériences microrhéologiques. Dans la dernière expérience, nous avons piégé des nanoparticules d'oxyde plasmonique dans le but d'étudier leur d'absorption optique pour des applications de bio-détection.
Databáze: OpenAIRE
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