Исследователи создали оптический тяговый луч, который притягивает макроскопические объекты

11 янв.2023 г. (Новости Наноуэрк) Исследователи разработали способ использования лазерного света для притягивания макроскопического объекта. Хотя микроскопические оптические притягивающие лучи демонстрировались и раньше, это один из первых случаев, когда лазерное вытягивание используется на более крупных объектах. Подпись: Исследователи показали, что лазерный свет можно использовать для притягивания к себе макроскопических объектов. Для этого они разработали графен-SiO.2 композитная структура, которая нагревается на стороне, обращенной от лазера. Это заставляет молекулы газа на спине получать больше энергии, подталкивая объект к источнику света. Свет содержит как энергию, так и импульс, которые можно использовать для различных типов оптических манипуляций, таких как левитация и вращение. Например, оптические пинцеты — это широко используемые научные инструменты, которые используют лазерный свет для удержания и манипулирования крошечными объектами, такими как атомы или клетки. Последние десять лет ученые работали над новым типом оптических манипуляций: использованием лазерного света для создания оптического притягивающего луча, который мог бы притягивать объекты. «В предыдущих исследованиях сила притяжения света была слишком мала, чтобы притянуть макроскопический объект», — сказал член исследовательской группы Лэй Ван из Университета науки и технологий Циндао в Китае. «Благодаря нашему новому подходу сила притяжения света имеет гораздо большую амплитуду. Фактически, оно более чем на три порядка превышает давление света, используемое для приведения в движение солнечного паруса, который использует импульс фотонов для создания небольшой толкающей силы». В журнале Издательской группы «Оптика» Оптика Экспресс (“Macroscopic laser pulling based on Knudsen force in rarefied gas”), Ван и его коллеги демонстрируют, что макроскопический графен-SiO2 Разработанные ими композитные объекты могут быть использованы для лазерной вытяжки в среде разреженных газов. В этой среде давление намного ниже атмосферного. «Наша техника обеспечивает бесконтактный метод вытягивания на большие расстояния, который может быть полезен для различных научных экспериментов», — сказал Ван. «Среда разреженного газа, которую мы использовали для демонстрации метода, аналогична той, что находится на Марсе. Следовательно, у него может быть потенциал однажды управлять транспортными средствами или самолетами на Марсе». Исследователи показали, что лазерный свет можно использовать для притягивания к себе макроскопических объектов. Для этого они разработали графен-SiO.2 композитная структура, которая нагревается на стороне, обращенной от лазера. Это заставляет молекулы газа на спине получать больше энергии, подталкивая объект к источнику света.

Создание достаточной силы

В новой работе исследователи разработали специальный графен-SiO.2 композитная конструкция специально для лазерной вытяжки. При облучении лазером структура создает обратную разницу температур, а это означает, что сторона, обращенная от лазера, становится горячее. Когда объекты из графена-SiO2 композитные структуры облучаются лазерным лучом, молекулы газа на их обратной стороне получают больше энергии и подталкивают объект к источнику света. Сочетание этого с низким давлением воздуха в среде разреженного газа позволило исследователям получить лазерную притягивающую силу, достаточно сильную, чтобы перемещать макроскопические объекты. Использование крутильного (или поворотного) маятникового устройства, изготовленного из графена-SiO.2 составной структуры, исследователи продемонстрировали явление лазерного вытягивания таким образом, который был виден невооруженным глазом. Затем они использовали традиционный гравитационный маятник для количественного измерения силы притяжения лазера. Оба устройства были около пяти сантиметров в длину.

Повторяемое, настраиваемое натяжение

«Мы обнаружили, что сила притяжения более чем на три порядка превышает давление света», — сказал Ван. «Кроме того, лазерное натяжение повторяемо, а силу можно регулировать, изменяя мощность лазера». Исследователи предупреждают, что эта работа является лишь доказательством концепции и что многие аспекты техники потребуют усовершенствования, прежде чем она станет практической. Например, необходима систематическая теоретическая модель для точного прогнозирования силы притяжения лазера для заданных параметров, включая геометрию объекта, энергию лазера и окружающую среду. Они также хотели бы улучшить стратегию лазерного вытягивания, чтобы она могла работать в более широком диапазоне давлений воздуха. «Наша работа демонстрирует, что гибкое манипулирование светом макроскопического объекта возможно, когда взаимодействие между светом, объектом и средой тщательно контролируется», — сказал Ван. «Это также показывает сложность взаимодействия лазера с веществом и то, что многие явления далеки от понимания как на макро, так и на микромасштабах».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62139.php