Świetlna wiązka przesuwa makroskopowe obiekty

Powstała laserowa wiązka holownicza, za pomocą której - w przeciwieństwie do wcześniejszych urządzeń tego typu - można zdalnie manipulować także przedmiotami makroskopowej wielkości. Wynalazek może być przydatny w różnych badaniach naukowych.

Światło niesie z sobą energię i pęd, dzięki czemu pozwala na różnego typu manipulacje materią. Optyczne wiązki holownicze - urządzenia, które z pomocą światła mogą przesuwać czy przyciągać do siebie różne obiekty - były prezentowane już wcześniej, ale radziły sobie tylko z przedmiotami mikroskopowych rozmiarów.

Tzw. optyczna pęseta to często już wykorzystywane narzędzie, które pozwala np. na przytrzymywanie czy manipulowanie atomami czy żywymi komórkami. "We wcześniejszych badaniach przyciągająca siła światła była zbyt mała, aby oddziaływać na obiekty makroskopowe. Z naszym nowym podejściem siła ta jest znacznie większa niż ciśnienie światła wywierane na żagle słoneczne wykorzystujące pęd fotonów to uzyskania małej siły pchającej" - wyjaśnia Lei Wang z QingDao University of Science and Technology, autor nowego wynalazku (https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-31-2-2665&id=525052).

On i jego zespół zdołał z pomocą lasera przesuwać cienkie wahadło o długości 50 mm. "Nasza metoda pozwala na bezkontaktowe, działające na dużą odległość przyciąganie danego obiektu, co można wykorzystać w różnych eksperymentach naukowych" - podkreśla badacz. Przeprowadzone demonstracyjne doświadczenia odbywały się w rozrzedzonym gazie, który, jak podkreślają naukowcy, gęstością przypominał marsjańską atmosferę. Wahadło zbudowane było z kompozytu łączącego grafen i dwutlenek krzemu. Pod wpływem działania lasera na materiale tym pojawiała się odwrócona różnica temperatur - strona zwrócona w kierunku lasera była chłodniejsza od przeciwnej. Atomy gazu otaczające wahadło od gorętszej strony wywierały więc na nie większą siłę, niż znajdujące się po przeciwnej stronie i popychały wahadło w kierunku laserowej wiązki. Uzyskiwaną siłą można przy tym z łatwością sterować przez regulację mocy wiązki.

Teraz badacze chcą pracować nad rozwinięciem metody, tak aby można ją było stosować w praktyce. Zamierzają m.in. opracować teoretyczny model, pozwalający na przewidywanie uzyskiwanej siły dla różnych kształtów, energii lasera i ośrodka otaczającego przesuwany obiekt.

"Nasza praca pokazuje, że wykonalne jest elastyczne manipulowanie z pomocą światła makroskopowymi obiektami, kiedy oddziaływania między obiektem, światłem i otoczeniem są precyzyjnie kontrolowane. Pokazuje też złożoność oddziaływań między laserem i materią oraz to, że wiele zjawisk nadal jest słabo rozumianych zarówno w skali mikro, jak i makroskopowej" - podkreśla dr Wang.

Marek Matacz