論文の概要: Ultrafast viscosity measurement with ballistic optical tweezers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.03066v1
• Date: Mon, 29 Jun 2020 00:09:40 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-12 03:20:48.469475
• Title: Ultrafast viscosity measurement with ballistic optical tweezers
• Title（参考訳）: 光ツイーザを用いた超高速粘度測定
• Authors: Lars S. Madsen, Muhammad Waleed, Catxere A. Casacio, Alexander B. Stilgoe, Michael A. Taylor, Warwick P. Bowen
• Abstract要約: 非侵襲粘度測定は秒の積分時間を必要とする。 速度を最大20マイクロ秒まで改善した4つの命令を実演する。 光学式ツイーザにおける捕捉粒子の瞬時速度を用いてこれを実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 55.41644538483948
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Viscosity is an important property of out-of-equilibrium systems such as active biological materials and driven non-Newtonian fluids, and for fields ranging from biomaterials to geology, energy technologies and medicine. However, noninvasive viscosity measurements typically require integration times of seconds. Here we demonstrate a four orders-of-magnitude improvement in speed, down to twenty microseconds, with uncertainty dominated by fundamental thermal noise for the first time. We achieve this using the instantaneous velocity of a trapped particle in an optical tweezer. To resolve the instantaneous velocity we develop a structured-light detection system that allows particle tracking with megahertz bandwidths. Our results translate viscosity from a static averaged property, to one that may be dynamically tracked on the timescales of active dynamics. This opens a pathway to new discoveries in out-of-equilibrium systems, from the fast dynamics of phase transitions, to energy dissipation in motor molecule stepping, to violations of fluctuation laws of equilibrium thermodynamics.
• Abstract（参考訳）: 粘性は、活性生物材料や非ニュートン流体などの非平衡系の重要な性質であり、バイオマテリアルから地質学、エネルギー技術、医学まで幅広い分野において重要である。 しかし、非侵襲的粘度測定は通常、積分時間数秒を要する。 ここでは、20マイクロ秒までの速度を4桁改善し、基本的な熱雑音に支配される不確実性を示す。 光学式ツイーザにおける捕捉粒子の瞬時速度を用いてこれを実現する。 即時速度の解消のために,メガヘルツ帯域の粒子追跡が可能な構造光検出システムを開発した。 その結果、粘度を静的な平均値からアクティブなダイナミクスの時間スケールで動的に追跡できるものへ変換する。 これにより、相転移の高速ダイナミクスから運動分子のステッピングにおけるエネルギー散逸、平衡熱力学の揺らぎ則の違反に至るまで、平衡系外における新たな発見への道を開くことができる。

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