Физики вылепляют окончательное игрушечное духовое ружье из лазерного света

В течение многих десятилетий ученые использовали силу, проявленную при свете для перемещения крошечных объектов, таких как клетки и вирусы. Теперь, физики взяли такую манипуляцию буквально в тысячу раз далее, чем прежде, создавание «закурило трубку», которая может транспортировать крошечную частицу метр и установить его на поверхности с точностью до 20 микрометров — меньше, чем ширина человеческих волос. Метод мог иметь заявления, включающие моделирование физики межзвездного пространства и пронюхивания бортовые следы контрабанды.

«Моя целая группа сдулась этим», говорит Майлз Пэдджетт, экспериментальный физик в Университете г. Глазго в Соединенном Королевстве. «Мы говорили о том, что мы могли бы сделать с этой умной мыслью».

Подталкивание и надевание вещей со светом стали стандартным лабораторным методом. Например, так называемый оптический пинцет может переместить и протянуть ДНК, клетки, вирусы и другие микроскопические объекты. В типичном эксперименте говорит один конец биомолекулы — протеин или протяжение ДНК — в жидкости связывают со стеклянной пластиной, тогда как другой связывает с маленькой стеклянной или пластмассовой бусинкой. Исследователи тогда надевают бусинку с сильно сосредоточенным лучом лазерного света. Электрическое поле в свете перемещает нагрузки в бусинке для поляризации его. Бусинка может тогда минимизировать свою энергию путем перемещения туда, где свет является самым ярким, создавая рывок, названный «силой градиента». Но оптический пинцет может переместить объект только приблизительно миллиметр, поскольку они включают сияние лазера через микроскоп.

Для перемещения материала дальше Владлен Шведов, Андрей Роуд и коллеги в австралийском Национальном университете в Канберре использовали различную часть физики, названной силой photophoretic. Это возникает, когда свет нагревает частицу в воздухе или другом газе на одной стороне. Теплая сторона частицы нагревает воздух около него, заставляя воздушные молекулы убыстриться. Когда те более быстрые молекулы врезаются в частицу, они поражают ее тяжелее, чем более медленные молекулы, ударяющие холодную сторону частицы. Таким образом, частицу пихают из света с силой, которая может быть намного более сильной, чем сила градиента.

Для помещения этой силы для работы исследователи сформировали трубу лазерного света, названного вихревым лучом. Они тогда накормили в трубу или части углерода или полые стеклянные сферы покрытыми углеродом размерами в пределах от 20 — 120 микрометров и массами меньше чем 50 нанограммов. Когда частица блуждала бы далеко от темного отверстия посреди луча, свет согреет одну сторону его и пододвинет его обратно к центру. И потому что свет в луче тек в одном направлении, это мягко выдвинет частицу вниз труба, как бригада сообщает в газете в прессе в Physical Review Letters.

Метод имеет некоторые ограничения. Частицы должны быть легкими и должны провести тепло плохо так, чтобы они могли остаться теплыми на одной стороне и охладиться на другом. Однако, должно быть возможно транспортировать биомолекулы, и даже клетки по большим расстояниям, не затрагивая или загрязняя их, Ехали, говорит. Экспериментаторы транспортировали частицы полный из их оптического стола, 1,5 метра. «Я не вижу ничего, что мешало бы нам обеспечить [частицу] более чем 10 метров», Ехал, говорит.

«Это очень холодно», говорит Кишен Дхолэкия, экспериментатор в университете Св. Эндрюса в Соединенном Королевстве. Дхолэкия говорит, что подозревает, что лазерный луч на 1,5 ватта перегрел бы клетки, но он видит другие возможности. Силы Фотофоретика третируют межзвездную пыль, таким образом, метод мог бы быть полезен для лабораторного исследования астрофизики, говорит он. Padgett предполагает вынимание буровой установки из лаборатории, возможно для пронюхивания контрабанды путем заманивания в ловушку молекул из воздуха: «Возможно, у нас должен быть один из них выше карусели багажа в аэропорту для осмотра подозрительных чемоданов».

Добавить комментарий