线偏振平面光波对衬底上方的拓扑绝缘体微粒的可调谐捕获和筛选的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种线偏振平面光波对衬底上方的拓扑绝缘体微粒的可调谐捕获和筛选的方法，可应用于生物、医学及纳米操控等领域。
【背景技术】
[0002]对微小物体的光学捕获和筛选一直是光学领域的研究热点。光学梯度力在各种光学捕获技术中扮演着重要的角色，例如通过光学梯度力实现的光镊和光学捆绑等。然而，光学梯度力具有产生设备复杂、不可调谐和难以捕获和筛选纳米尺寸分子等缺点。2008年，Ward, T.J.等提出通过圆偏振光产生的光学梯度力可以捕获和分离具有纳米尺寸的手性分子。但是，圆偏振入射光仍然需要使用复杂的设备来产生，不利于系统的实际应用；且其捕获和分离的纳米分子必需具有手性结构，因此限制了其作用对象的范围。所以，本发明提出在位于衬底平板上方的拓扑绝缘体微粒表面覆盖纳米尺寸分子，使其在线偏振平面光波照射下在拓扑绝缘体微粒周围产生非梯度光学力；然后，利用拓扑绝缘体量子态随外加光场、电场、温度场、压力场、和磁场改变而变化的特性，调谐拓扑绝缘体微粒受到的非梯度光学力大小和方向，从而实现对附着在拓扑绝缘体微粒表面的纳米尺寸分子的捕获和筛选，其中纳米尺寸分子可以为非手性结构。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服了利用梯度光学力捕获和筛选纳米尺寸分子这一传统方法中所具有的入射光源复杂(即入射光必需为圆偏振或椭圆偏振)、筛选对象局限(即纳米尺寸分子必需具有手性结构)、由圆偏振或椭圆偏振光产生的梯度光学力不可调谐、以及难以捕获纳米尺寸非手性分子等不足，而提供一种具有系统简单、操作方便、超灵敏、超快速、主动调谐等优点的由线偏振平面光波产生的非梯度光学力捕获和筛选位于衬底平板上方的非手性纳米尺寸分子的方法，可用于生物，医学以及纳米操控等领域。
[0004]本发明解决问题采用的技术方案如下:
[0005]—种线偏振平面光波对衬底上方的拓扑绝缘体微粒的可调谐捕获和筛选的方法，将拓扑绝缘体微粒置于衬底平板上方，该衬底平板破坏了拓扑绝缘体微粒周围的玻印亭矢量对称分布，使拓扑绝缘体微粒上的总玻印亭矢量不为零，产生非梯度光学力；通过改变拓扑绝缘体的量子态，改变拓扑绝缘体微粒上的总玻印亭矢量分布，进而改变总玻印亭矢量作用在拓扑绝缘体微粒上的非梯度光学力的方向和大小，来调控拓扑绝缘体微粒在入射光场中的运动轨迹，从而对附着在拓扑绝缘体微粒表面的纳米尺寸分子进行可调谐捕获和筛选，其中，拓扑绝缘体微粒置于衬底平板上方，衬底平板可以是介质板或金属板，衬底的长、宽、高在10纳米到10米，拓扑绝缘体微粒与衬底平板表面的距离为I (1>0);拓扑绝缘体微粒的外形可以是球体、圆柱体、圆锥体等曲面几何体或者棱柱体、正方体、长方体等多面体，体积在I立方纳米至1000立方微米。
[0006]所述的入射光为线偏振平面波；入射光方向平行于衬底平板，频率范围为0.3微米?20微米，功率范围为0.1mff/ μ m2?1mW/ μ m 2。
[0007]所述的入射光的光源采用波长可调谐激光器、半导体连续或准连续激光、或者发光二极管。
[0008]所述的衬底平板，衬底材料可以是金属或介质，其中，金属可以是Al、Ag、Au、Cu、N1、Pt等，介质可以是半导体材料如S1、Si02、GaAs、InP、Al2O3等或聚合物。
[0009]所述的表面附有纳米尺寸分子的拓扑绝缘体微粒，拓扑绝缘体是BixSb1 x、HgTe,Bi2Te3' Bi2Se3或 Sb 2Te3。
[0010]所述的表面附有纳米尺寸分子的拓扑绝缘体微粒，纳米尺寸分子可以具有非手性结构或手性结构，如抗原，抗体，酶，激素，胺类，肽类，氨基酸，维生素等。
[0011]所述的表面附有纳米尺寸分子的拓扑绝缘体微粒，拓扑绝缘体通过材料生长工艺实现，包括磁控溅射、电子束蒸发、金属有机化合物化学气相沉淀、气相外延生长、分子束外延等。
[0012]所述的表面附有纳米尺寸分子的拓扑绝缘体微粒，可以通过光照、通电、加热、加压、和外加磁场等方式实现拓扑绝缘体从拓扑非平庸到拓扑平庸的可逆量子相变。
[0013]本发明系统由光源、显微镜和光学力显示器构成。测试前先将衬底平板置于装有水或油的样品池底部，然后将表面附有纳米尺寸分子的拓扑绝缘体微粒置于装有水或油的样品池中，同时置于衬底平板上方，线偏振平面波光源从样品池的侧壁进入，照射拓扑绝缘体微粒，由于衬底平板破坏了拓扑绝缘体微粒周围的玻印亭矢量对称分布，使拓扑绝缘体微粒上的总玻印亭矢量不为零，产生非梯度光学力；然后，通过改变拓扑绝缘体的量子态，改变拓扑绝缘体微粒上的总玻印亭矢量分布，进而改变总玻印亭矢量作用在拓扑绝缘体微粒上的非梯度光学力的方向和大小，来调控拓扑绝缘体微粒在入射光场中的运动轨迹，从而对附着在拓扑绝缘体微粒表面的纳米尺寸分子进行可调谐捕获和筛选。显微镜可以用来观测表面附有纳米尺寸分子的拓扑绝缘体微粒在入射光作用下所产生的运动轨迹。所述显微镜可以采用普通荧光垂直或正置显微镜。
[0014]所述系统可以通过简单的线偏振平面光波实现对具有纳米尺寸非手性结构物体的可调谐捕获和筛选。克服了利用梯度光学力捕获和筛选纳米尺寸分子这一传统方法中所具有的入射光源复杂(即入射光必须为圆偏振或椭圆偏振)、筛选对象局限(即纳米尺寸分子必须具有手性)、由圆偏振或椭圆偏振光产生的梯度光学力不可调谐、以及难以捕获纳米尺寸分子等问题，具有系统简单、操作方便、超灵敏、超快速、主动调谐等优点，可用于生物，医学以及纳米操控等领域。
【附图说明】
[0015]图1为表面附有纳米尺寸分子的拓扑绝缘体微粒示意图。
[0016]图2为由线偏振光产生的非梯度光学力捕获表面附有纳米尺寸分子的拓扑绝缘体微粒的过程示意图。
[0017]图3为由线偏振光产生的非梯度光学力捕获表面附有纳米尺寸分子的拓扑绝缘体微粒的系统测试示意图。
[0018]图中:I拓扑绝缘体微粒，2纳米尺寸分子，3衬底平板，4光源，5显微镜，6光学力显示器，7样品池，8控温器，9CXD摄像机，10监视器，11计算机，12录像机。
【具体实施方式】
[0019]为使得本发明的技术方案的内容更加清晰，以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。其中的材料生长技术包括:磁控溅射，电子束蒸发，金属有机化合物化学气相沉淀，气相外延生长，和分子束外延技术等常用技术。
[0020]