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광학집게; 성공을 위한 차림새

전문가 제언: 입자들을 포획하기 위하여 광이 사용될 수 있음이 1970년에 입증된 이후, 광학포획(optical trapping)은 원자물리학, 광학 및 심지어는 생물학에 이르기까지 역할을 확대하여 왔다. 특히 광학집게(optical tweezers)는 생물학적 세포와 같은 아주 작은 물체를 포획하고 조작하기 위하여 집속된 레이저빔을 사용한다. 광학포획은 원자적 수준(~0.1 nm)과 현미경적 수준(~1-10 μm)에서 성공을 거두었음에도 불구하고, 50 nm 정도의 단일 유전나노입자(dielectric nanoparticle)에 대해서는 포획이나 조작을 하지 못하였다. 최근 보고에 따르면 R. Quidant 그룹이 단일 50 nm 유전입자의 광학포획과 3차원 조작에 성공하였는데, 광력(optical forces)을 사용하여 입자들을 포획하고, 포획된 입자들을 수 마이크미터 이상을 이동시킨 후 손상하지 않고 방출한 것이다.

Quidant 그룹의 독창적 기술을 평가하기 위하여, 물과 같은 유체 내에 있는 작고, 구형이며, 손실이 없는 단일 유전입자에 레이저빔을 집속한 경우를 고려해 볼 수 있다. 광력은 두 힘들로 분리되어지는데, 복사압(radiation pressure) 즉 산란력(scattering force)은 입자에서 튕겨 나오는 빛에서 발생하고, (a/λ)6의 크기를 갖는다. 여기서 a는 입자 반경, λ는 레이저빔 파장이다. 그리고 경도력(gradient forces)은 빛 세기의 공간적인 변동과 관련되어 있고, (a/λ)3의 크기를 갖는다. a<λ인 입자의 경우 일반적으로 경도력이 주로 입자들을 높은 세기 영역 쪽으로 끌어당기는데 기여하나, 나노입자는 작기 때문에 경도력이 약해서, 유체 내의 브라운 운동은 모든 방향으로 끊임없이 입자를 움직이게 하여 포획되는 것을 방해한다.

저자: P.C. Chaumet, A. Rahmani
자료유형: 연구단신