опубликовано в журнале Physical Review Applied, кратко о нем сообщает Physics....

" /> Физики закрутили свет в «оптическую воронку» Версия для слабовидящих
Физики закрутили свет в «оптическую воронку» Печать Email
Новости об инновациях
16.12.2015

Группа физиков из Австралии, США, Британии и Германии разработали новый способ захвата и концентрирования частиц с помощью лазерного излучения. Прибор, предложенный авторами, генерирует оптический конус, который позволяет направлять отдельные наноразмерные объекты в строго заданную точку фокуса с большой точностью. Описание разработки опубликовано в журнале Physical Review Applied, кратко о нем сообщает Physics.

Авторы работы воспользовались тем, что частицы, попавшие в луч лазера с неравномерной интенсивностью излучения, стремятся переместиться в точку с наименьшей плотностью энергии. Это явление связано с нагревом макроскопических частиц светом и носит название фотофореза. Слой газа, окружающий частицу, оказывается в тепловом равновесии с поверхностью частицы и внутри него возникает тепловой градиент. В результате более нагретые молекулы газа передают частице больший импульс, нежели молекулы, атакующие с холодной стороны — частица начинает смещаться в холодную область.

Эффект фотофореза. Изображение: Niko Eckerskorn et al. / Phys. Rev. Applied, 2015

Волновой фронт спирально закрученного света (слева), карта интенсивности излучения (крайний правый столбец) и фаза волны света в поперечном срезе (посередине). Изображение: Wikimedia Commons

В новой работе физики использовали луч лазера со спирально закрученным волновым фронтом. Такой тип излучения отличается тем, что его волновой фронт является не плоскостью или сферой, как у обычных источников, а поверхностью винта. Каждый его фотон несет помимо импульса еще и угловой момент — теоретически, тело, на которое мы будем светить таким лазером, начнет вращаться благодаря передаче этого момента.

Схема эксперимента. Изображение: Niko Eckerskorn et al. / Phys. Rev. Applied, 2015

Картина интенсивности излучения в луче спирально закрученного света выглядит похожей на полую трубку: в центре наблюдается минимум, по краям — максимумы. Авторы поместили на пути такого излучения обыкновенную линзу, превратив трубку в конус.

В эксперименте луч лазера был ориентирован вертикально вверх. Физики помещали в воронку графитовый шарик массой от 1 до 100 нанограмм (миллиардных долей грамма) и изучали его поведение с помощью микроскопа, расположенного перпендикулярно лучу. Как и ожидали авторы, мощность лазера, необходимая для удержания шариков, сильно зависела от давления окружающей атмосферы. Вместе с тем, ученым удалось показать, что оптическая воронка способна концентрировать частицы в небольшой области пространства — порядка нескольких микрометров.

Зависимость мощности лазера, необходимой для удерживания шарика от давления окружающей атмосферы. Повышение требуемой можности в области низких давлений связано с изменением механизма удержания — решающую роль начинает играть давление излучения. Изображение: Niko Eckerskorn et al. / Phys. Rev. Applied, 2015

Главным применением для разработанной методики может стать позиционирование маленьких (субмикронных) биологических объектов для изучения их структуры. К примеру, для того, чтобы изучать структуры белков или даже вирусов с помощью XFEL — крупнейшего строящегося рентгеновского лазера — необходимо добиться того, чтобы в каждый момент лазерного импульса одна частица образца находилась в заданной 100-нанометровой области. Лучшие техники, разработанные на сегодняшний день, позволяют обеспечить точность лишь порядка 50 нанометров.

Также оптическая воронка может работать как высокоточные весы, способные определять массу микроскопических частиц в диапазоне от нескольких пикограмм (триллионных долей грамма) до десятков нанограмм.

Автор: Владимир Королёв.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2015/fiziki-zakrutili-svet-v-opticheskuyu-voronku

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта