Amerikkalaisen NIST-instituutin (National Institute of Standards and Technology) tutkijat ovat onnistuneet kehittämään laitteen, jolla voidaan mitata äärimmäisten pienten partikkelien nanoluokan liikkeitä. Lisäksi tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, jolla mittalaitetta voidaan valmistaa massatuotantonsa.
Suurten objektien pieniä liikkeitä on suhteellisen helppo mitata, mutta on huomattavasti vaikeampaa mitata atomiluokan tai nanokokoisten objektien pieniä liikkeitä. NIST:n laite pystyy mittamaan esimerkiksi vetyatomin kokoa pienempiä liikkeitä.
Näin tarkalla mittalaitteella on käyttöä esimerkiksi vaarallisten aineiden määrien mittaamisessa, miniatyyrirobottien liikkeiden hallinnassa ja vaikkapa airbag-turvatyynyjen nykyistä tarkemmassa hallinnassa.
NIST:n tutkijat Brian Roxworthy ja Vladimir Aksyuk kuvaavat laitettaan joulukuun Nature Communications -lehdessä. Itse mittalaite on kultainen nanopartikkeli. Sen ja kultakalvon väliin rakennettiin 15 nanometrin ilmarako. Rako on niin pieni, ettei esimerkiksi lasevalo pääse sen läpi.
Laservalo kuitenkin energisoi pintaplasmonit eli kultakalvon ja ilman rajapinnassa liikkuvat elektronien aallot. Oikealla aallopituudella – tai taajuudella – laser sai palsmonit oskilloimaan edestakaisin. Tämä resonointi liikuttaa kultapartikkelia, mikä muuttaa raon leveyttä ja samalla taajuutta, jolla plasmonit resonoivat.
Valon avulla on vaikeaa havaita liikkeitä, jotka ovat lyhyempiä kuin valon aallonpituus. Plasmonien avulla liike tulee kuitenkin havaittavaksi. Plasmonista takaisin heijastuvan valon määrä kertoo raon leveyden ja nanopartikkelin liikkeen.
Itse mittalaite koostuu muutaman mikronin mittaisesta värähtelevästä piinitridijousesta. Jopa paikallaan tämä jousi värähtelee korkealla taajuudella ympäröivän tilan molekyylien liikkeen takia. Mikäli mitattava nanopartikkeli liikkuu, muutos plasmoneissa muuttaa selvästi jousen värähtelytaajuutta.