Silně fokusovaný laserový paprsek funguje jako tzv. optická pinzeta, která v prostoru drží světlem mikroskopické objekty (od nanočástic po živé buňky) a umožňuje s nimi manipulovat. Za vývoj a praktické využití této metody získal Arthur Ashkin v minulém roce Nobelovu cenu za fyziku. Dosud byla většina experimentů se silovými účinky světla prováděna v kapalině, nyní s rostoucím zájmem o rozvoj kvantových technologií, se pozornost předních světových laboratoří obrací stále častěji k experimentům, kdy objekty (nanočástice, mikročástice, zdroje jednotlivých fotonů) jsou umístěny ve vysokém vakuu a levitují zde v laserových svazcích (viz obrázek). Objekty jsou zde velmi účinně izolovány od vlivu okolního prostředí a chovají se jako velmi slabě tlumený oscilátor. Jeho energii lze světlem odebírat, a tak se experimentálně přibližovat k makroskopické realizaci mechanického kvantového oscilátoru. Takový objekt pak lze využít jako extrémně citlivý sensor síly (elektrické, magnetické i gravitační), lze prostorově tvarovat potenciál v jakém se jeden nebo více objektů pohybuje a studovat základní procesy vakuových motorů, popřípadě poprvé experimentálně studovat kvantové jevy na úrovni makroskopických kvantových oscilátorů.
Hlavním cílem navrhované disertační práce bude experimentální studium pohybu jednoho a více levitujících nanoobjektů ve vakuu, prostorové tvarování světelného pole, ve kterém objekty levitují, a využití experimentální aparatury jako ultracitlivého silového senzoru v různých experimentálních uspořádáních (např. objekt levitující u povrchu vzorku může být použit jako analogie k dnes běžným mikroskopům atomárních sil (AFM) ovšem s mnohem větší citlivostí, místo pN se odhaduje citlivost až zN.
Předpokládá se, že doktorand bude realizovat experimenty, analyzovat a interpretovat výsledky v laboratořích a pracovnách Ústavu přístrojové techniky AV ČR (www.isibrno.cz), který rovněž zajistí veškeré materiální podmínky pro práci na období 4 let. Ústav přístrojové techniky AV ČR disponuje téměř dvacetiletou historií v oblasti optických mikromanipulačních technik, spolupracuje s řadou světových laboratoří a v dané oblasti patří mezi světovou špičku (http://www.isibrno.cz/cs/mikrofotonika).

Reference:
1. Svak V, Brzobohatý O, Šiler M, Jákl P, Kaňka J, Zemánek P, Simpson SH. Transverse spin forces and non-equilibrium particle dynamics in a circularly polarized vacuum optical trap. Nature Commun. 2018 ;9:5453.
2. Hebestreit, Erik. Thermal properties of levitated nanoparticles. ETH ZurichThesis 2017.
3. Jones, P.H., marago, O.M. Volpe, G. Optical tweezers: Principles and applications. Cambridge University Press, 2016

Školitel: prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (zemanek@isibrno.cz, 605267574)