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Optical trapping of single nano-size particles using a plasmonic nanocavity

光学镊子 等离子体子 材料科学 纳米颗粒 镊子 纳米光子学 光电子学 光学 俘获 光学力 电场 纳米技术 物理 生态学 量子力学 生物
作者
Jiachen Zhang,Fanfan Lu,Wending Zhang,Weixing Yu,Weiren Zhu,Malin Premaratne,Ting Mei,Fajun Xiao,Jianlin Zhao
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:32 (47): 475301-475301 被引量:7
标识
DOI:10.1088/1361-648x/abaead
摘要

Trapping and manipulating micro-size particles using optical tweezers has contributed to many breakthroughs in biology, materials science, and colloidal physics. However, it remains challenging to extend this technique to a few nanometers particles owing to the diffraction limit and the considerable Brownian motion of trapped nanoparticles. In this work, a nanometric optical tweezer is proposed by using a plasmonic nanocavity composed of the closely spaced silver coated fiber tip and gold film. It is found that the radial vector mode can produce a nano-sized near field with the electric-field intensity enhancement factor over 103 through exciting the plasmon gap mode in the nanocavity. By employing the Maxwell stress tensor formalism, we theoretically demonstrate that this nano-sized near field results in a sharp quasi-harmonic potential well, capable of stably trapping 2 nm quantum dots beneath the tip apex with the laser power as low as 3.7 mW. Further analysis reveals that our nanotweezers can stably work in a wide range of particle-to-tip distances, gap sizes, and operation wavelengths. We envision that our proposed nanometric optical tweezers could be compatible with the tip-enhanced Raman spectroscopy to allow simultaneously manipulating and characterizing single nanoparticles as well as nanoparticle interactions with high sensitivity.
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