Наноузоры помогут поднять с помощью света большой объект

Наноразмерные узоры помогут объекту не соскользнуть с лазерного луча.

Иллюстрация Atwater laboratory.

Учёные давно умеют перемещать объекты размером с живую клетку с помощью лазерного луча. Предмет при этом удерживается в воздухе давлением света. Эта технология называется оптическим пинцетом. За её создание в 2018 году была присуждена Нобелевская премия по физике. Однако до сих пор эта техника ограничивалась очень маленькими объектами, к тому же расположенными вблизи лазера.

Дело не только в том, что крупный объект больше весит (хотя, конечно, и в этом тоже). Трудности создаёт неравномерность излучения. Интенсивность луча убывает от его оси к периферии. В результате на разные части предмета действует неодинаковая по величине сила. Из-за этого предмет может прийти во вращение и в конце концов соскользнуть с луча. Кроме того, эта проблема тем острее, чем дальше объект от лазера.

Решить проблему можно, если сделать лазерное излучение более сфокусированным. Однако при этом оно станет и более интенсивным. Такой луч требует много энергии, а он уже может повредить левитирующий объект.

Напомним, что в этом состоит одна из основных претензий к дерзкому проекту межзвёздного зонда, толкаемого лазерным лучом: для подобного движения потребуется такая мощность излучателя, что космический аппарат скорее испарится, чем куда-нибудь долетит.

Огнен Илич (Ognjen Ilic) и Гарри Этвотер (Harry Atwater) из Калифорнийского технологического института предложили иное решение. Их расчёты изложены в научной статье, опубликованной в журнале Nature Photonics.

"Мы придумали метод, который позволит осуществить левитацию макроскопических объектов", – утверждает Этвотер.

Идея состоит в том, чтобы нанести на поверхность предмета особые наноразмерные узоры. Подобный рисунок будет по-разному взаимодействовать с фотонами в зависимости от того, под каким углом и с какой интенсивностью они падают. Как рассчитали авторы, это сделает левитирующий объект самостабилизирующимся. Отклонившись от нужного положения, он самостоятельно вернётся в требуемую позицию.

Теоретически это может позволить удерживать тело на лазерном луче на большом, в том числе и космическом, расстоянии от излучателя. И тогда фантастические на первый взгляд проекты могут стать ближе к реальности.

"На самом деле мы далеки от этого, но мы находимся в процессе проверки принципов", – подчёркивает Этвотер.

Отметим, что расчёты авторов пока не были проверены экспериментально.

К слову, "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) уже писали о лазерной левитации. Например, мы рассказывали о том, как учёные поднимают в воздух наноалмазы.