Ученые разрабатывают способ левитации и движения объектов, используя только свет

• Хотя эта технология все еще является теоретической, ее можно использовать для левитации объектов разных размеров и форм с помощью светового луча.
• Его также можно использовать для разработки космических аппаратов с лазерным двигателем для исследования космоса.

Способность света создавать силы и моменты - одна из ключевых особенностей оптического манипулирования материалами. Чтобы сделать эту манипуляцию стабильной, источник должен обладать достаточно сильным улавливающим потенциалом.

За последние пару десятилетий ученые придумали множество подходов к механической манипуляции с помощью света, в первую очередь оптический пинцет, который использует радиационное давление лазерного луча для перемещения и манипулирования крошечными объектами. Этот метод лег в основу Нобелевской премии по физике 2018 г.

В настоящее время ученые сосредоточили свое внимание на динамике левитации в оптомеханических системах для реализации квантово-механической суперпозиции и охлаждения в основном состоянии.

Однако большинство существующих методов позволяют управлять микроскопическими объектами только на очень коротких расстояниях. Это похоже на левитацию мяча для настольного тенниса с помощью струи воздуха из фена. Это не сработает, если мяч окажется слишком тяжелым или находится слишком далеко от фена.

Недавно исследователи из Калифорнийского технологического института обнаружили метод, который можно использовать для управления объектами разных размеров и форм с помощью светового луча. Теоретический подвиг основан на уникальных наноразмерных узорах, выгравированных на поверхности движущегося света объекта.

Как это работает?

Уникальные наноразмерные узоры взаимодействуют со светом таким образом, что объект может балансировать в воздухе, создавая восстанавливающий крутящий момент, чтобы удерживать его в луче. Эти узоры способны кодировать собственную стабильность, устраняя необходимость в сильно сфокусированных лазерных лучах. Фактически, источник света может находиться на расстоянии миллионов километров.

Ссылка:Nature Photonics | doi:10.1038 / s41566-019-0373-y | Калтех

Это самостабилизирующееся оптическое управление макроскопическими объектами может быть достигнуто путем управления анизотропией рассеяния света вдоль поверхности объекта.

Инженерная оптическая анизотропия для самостабилизирующейся манипуляции | Предоставлено исследователями

Исследователи искали асимметрию в оптическом отклике, чтобы гарантировать, что восстанавливающий крутящий момент может быть создан для структуры, которая смещена из своей равновесной ориентации. Они сделали упор на создание соответствующей реакции как коллективного эффекта и разработали группу нанофотонных элементов, которые могут демонстрировать пассивную самовосстанавливающуюся динамику.

Приложения

Хотя эта технология все еще является теоретической, она может быть использована для разработки космических кораблей на световых двигателях, которые смогут посещать планеты за пределами нашей Солнечной системы. Это долгий путь, но в настоящее время исследователи проверяют принципы.

Космический корабль может быть выгравирован специальными наноразмерными узорами и приведен в действие / ускорен лазерным лучом с Земли. Они смогут достигать релятивистских скоростей и, возможно, посещать далекие звезды без какого-либо топлива.

Читайте:Луч акустического трактора левитирует легкий материал в беззвучной пустоте

Но до того, как эта теория легких двигателей будет использована для питания космических кораблей, она может стимулировать производство более мелких объектов, таких как печатные платы.