Multimode optomechanical weighing of a single nanoparticle
Résumé
We demonstrate multimode optomechanical sensing of individual nanoparticles with radius of a hundred of nanometers. A semiconductor optomechanical disk resonator is optically driven and detected under ambient conditions, as nebulized nanoparticles land on it. Multiple mechanical and optical resonant signals of the disk are tracked simultaneously, providing access to several physical informations about the landing analyte in real-time. Thanks to a fast camera registering the time and position of landing, these signals can be employed to weigh each nanoparticle with precision. Sources of error and deviation are discussed and modeled, indicating a path to evaluate the elasticity of the nanoparticles on top of their mere mass. The device is optimized for future investigation of biological particles in the high megadalton range, such as large viruses.
Nous démontrons la détection optomécanique multimode de nanoparticules individuelles d'un rayon de quelques centaines de nanomètres. Un résonateur semi-conducteur en disque optomécanique est actionné et détecté optiquement en conditions ambiantes, pendant que des nanoparticules nébulisées se déposent sur lui. Les multiples signaux de résonances mécaniques et optiques du disque sont suivis simultanément, donnant accès en temps réel à plusieurs informations physiques sur l'analyte qui se dépose. Grâce à une caméra rapide enregistrant l'instant et la position du dépôt, ces signaux sont utilisés pour peser chaque nanoparticule avec précision. Les sources d'erreur et de déviation sont discutées et modélisées, indiquant une manière d'évaluer l'élasticité des nanoparticules en plus de leur simple masse. Le dispositif est optimisé pour l'étude de particules biologiques de l'ordre de plusieurs megadaltons, tels que certains grands virus.
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