Forskare vid Chalmers tekniska högskola i Sverige har skapat en enkel optisk plattform med guldfjun i saltvatten för att visualisera kvant- och elektrostatiska krafter på nanoskala. Dessa krafter, beskrivna som 'naturens osynliga lim', binder små objekt och kan ge insikter i framsteg inom biosensorer, mediciner och till och med galaxbildning. Tekniken avslöjar interaktioner genom färgglada ljutmönster som observeras under mikroskop.
Forskare vid Chalmers tekniska högskola har presenterat en ljusbaserad metod för att observera de subtila krafter som styr interaktioner på de minsta skalorna. Genom att suspendera mikroskopiska guldfjun i en saltlösning och placera en droppe på en guldbelagd glasplatta dras fjunken mot ytan men stannar på nanometers avstånd, vilket bildar små håligheter som fångar ljus och producerar livliga färger som rött, grönt och guld.
Doktoranden Michaela Hošková, från institutionen för fysik, förklarar uppsättningen: "Det vi ser är hur grundläggande krafter i naturen interagerar med varandra. Genom dessa små håligheter kan vi nu mäta och studera de krafter vi kallar 'naturens lim' -- det som binder samman objekt på de minsta skalorna. Vi behöver inte ingripa i vad som händer, vi observerar bara fjunkens naturliga rörelser."
Plattformen belyser balansen mellan Casimir-effekten, en kvantkraft som drar fjunken närmare, och den elektrostatiska repulsionen från laddade partiklar i saltlösningen. Guldfjun, cirka 10 mikrometer stora, skapar håligheter på 100-200 nanometer, vilket möjliggör självmontering. Genom att justera salthalten och övervaka färgskiften med en spektrometer kvantifierar forskarna dessa krafter.
Arbetet bygger på fyra års forskning i professor Timur Shegais grupp och har utvecklats från upptäckten av självmonterade guldfjunkresonatorer. "Metoden låter oss studera laddningen hos enskilda partiklar och krafterna som verkar mellan dem. Andra metoder för att studera dessa krafter kräver ofta sofistikerade instrument som inte kan ge information ner på partikelnivå," noterar Shegai.
Potentiella tillämpningar spänner över fysik, kemi och materialvetenskap, och erbjuder insikter i partikelstabilitet i vätskor för mediciner, biosensorer, vattenfilter och kosmetika. Hošková tillägger: "Krafter på nanoskala påverkar hur olika material eller strukturer monteras... vi kan få insikter i hur samma principer styr naturen på mycket större skalor, till och med hur galaxer bildas."
Resultaten publiceras i Proceedings of the National Academy of Sciences under titeln "Casimir self-assembly: A platform for measuring nanoscale surface interactions in liquids," författare Hošková, Oleg V. Kotov, Betül Küçüköz, Catherine J. Murphy och Timur Shegai.