弾道的光ピンセットによる超高速粘性測定

粘性は、能動的な生体材料や駆動される非ニュートン流体などの非平衡系や、生体材料から地質学、エネルギー技術、医学にわたるさまざまな分野で重要な性質である。一般的に非侵襲的粘性測定は、数秒の積分時間を必要とする。今回我々は、測定の不確かさが初めて熱分子衝突に支配される、20 μsに達する測定速度を実証している。我々は、光ピンセットに捕らえられた粒子の瞬間速度を使ってこれを実現した。我々は、構造化光検出システムを開発して瞬間速度を決定しており、フェムトメートルの長さスケールと16 nsの時間スケールにわたる粒子追跡が可能になる。今回の結果は、静的な平均化された性質から、能動的なダイナミクスの時間スケールで動的に追跡できる性質へと粘性を移行させる。これは、相転移の高速ダイナミクスから、モーター分子のステップ運動におけるエネルギー散逸や平衡熱力学のゆらぎに関する法則の破れまで、非平衡系における新たな発見への道を開く。