Studiuesit krijojnë një rreze optike që tërheq objekte makroskopike

Studiuesit kanë zhvilluar një mënyrë për të përdorur dritën lazer për të tërhequr një objekt makroskopik. Megjithëse rrezet mikroskopike optike të traktorëve janë demonstruar më parë, kjo është një nga herët e para që tërheqja me lazer është përdorur në objekte më të mëdha.

Drita përmban energji dhe vrull që mund të përdoret për lloje të ndryshme të manipulimeve optike, si p.sh. levitimi dhe rrotullimi. Piskatore optike, për shembull, përdoren zakonisht instrumente shkencore që përdorin dritën lazer për të mbajtur dhe manipuluar objekte të vogla si atomet ose qelizat. Për dhjetë vitet e fundit, shkencëtarët kanë punuar në një lloj të ri manipulimi optik: duke përdorur dritën lazer për të krijuar një rreze traktori optik që mund të tërheqë objekte.

“Në studimet e mëparshme, forca tërheqëse e dritës ishte shumë e vogël për të tërhequr një objekt makroskopik,” tha anëtari i ekipit hulumtues Lei Wang nga Universiteti i Shkencës dhe Teknologjisë QingDao në Kinë. “Me qasjen tonë të re, forca tërheqëse e dritës ka një amplitudë shumë më të madhe. Në fakt, ajo është më shumë se tre rend madhësish më e madhe se presioni i dritës që përdoret për të drejtuar një vela diellore, e cila përdor momentin e fotoneve për të ushtruar një shtytje të vogël. forcë.”

Në revistën Optics Express, Wang dhe kolegët demonstrojnë se objektet makroskopike të përbëra grafen-SiO2 që ata projektuan mund të përdoren për tërheqjen me lazer në një mjedis me gaz të rrallë. Ky lloj mjedisi ka një presion shumë më të ulët se presioni atmosferik.

“Teknika jonë ofron një qasje pa kontakt dhe tërheqje në distanca të gjata, e cila mund të jetë e dobishme për eksperimente të ndryshme shkencore,” tha Wang. “Mjedisi i gazit të rrallë që përdorëm për të demonstruar teknikën është i ngjashëm me atë që gjendet në Mars. Prandaj, ai mund të ketë potencialin për të manipuluar një ditë automjete ose avionë në Mars.”

Në punën e re, studiuesit projektuan një strukturë të veçantë të përbërë grafen-SiO2 posaçërisht për tërheqjen me lazer. Kur rrezatohet me lazer, struktura krijon një ndryshim të kundërt të temperaturës, që do të thotë se ana që shikon larg lazerit bëhet më e nxehtë.

Kur objektet e bëra nga struktura e përbërë grafen-SiO2 rrezatohen nga një rreze lazer, molekulat e gazit në anën e pasme të tyre marrin më shumë energji dhe e shtyjnë objektin drejt burimit të dritës. Kombinimi i kësaj me presionin e ulët të ajrit të një mjedisi me gaz të rralluar i lejoi studiuesit të merrnin një forcë tërheqëse lazer mjaft të fortë për të lëvizur objektet makroskopike.

Duke përdorur një pajisje lavjerrës rrotulluese ose rrotulluese të bërë nga struktura e tyre e përbërë grafen-SiO2, studiuesit demonstruan fenomenin e tërheqjes me lazer në një mënyrë që ishte e dukshme me sy të lirë. Më pas ata përdorën një lavjerrës tradicional të gravitetit për të matur në mënyrë sasiore forcën tërheqëse të lazerit. Të dyja pajisjet ishin të gjata rreth pesë centimetra.

“Ne zbuluam se forca tërheqëse ishte më shumë se tre rend magnitudash më e madhe se presioni i dritës,” tha Wang. “Përveç kësaj, tërheqja me lazer është e përsëritshme dhe forca mund të akordohet duke ndryshuar fuqinë e lazerit.”

Studiuesit paralajmërojnë se kjo punë është vetëm një provë e konceptit dhe se shumë aspekte të teknikës do të kishin nevojë për përmirësim përpara se të ishte praktike. Për shembull, një model teorik sistematik është i nevojshëm për të parashikuar me saktësi forcën tërheqëse të lazerit për parametra të caktuar duke përfshirë gjeometrinë e objektit, energjinë lazer dhe median përreth. Studiuesit do të donin gjithashtu të përmirësonin strategjinë e tërheqjes me lazer në mënyrë që të mund të funksionojë për një gamë më të gjerë presionesh ajri.

“Puna jonë tregon se manipulimi fleksibël i dritës i një objekti makroskopik është i realizueshëm kur ndërveprimet midis dritës, objektit dhe mediumit kontrollohen me kujdes,” tha Wang. “Ai tregon gjithashtu kompleksitetin e ndërveprimeve lazer-materies dhe se shumë fenomene janë larg të kuptohen si në shkallë makro ashtu edhe në mikro.”