Физики научились двигать крошечные детали с помощью света

Исследователи из группы Structured Light Университета Витватерсранда в Йоханнесбурге, ЮАР, нашли способ использовать лазерный луч, чтобы контролировать и манипулировать мельчайшими объектами, например клетками человека и другими крошечными химическими частицами, или работать над будущими встроенными устройствами. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.

Хотя этот метод, известный как лазерный пинцет, не новый, сотрудники университета нашли способ оптимально применять всю силу света, включая векторный свет, который ранее был им недоступен. Это образует первый векторный голографический захват (пинцет).

«Раньше лазерные пинцеты были ограничены конкретными классами света, а нам удалось выявить целостный механизм, который охватывает все классы света, включая воспроизводство всех предыдущих устройств. Мы продемонстрировали первую векторную голографическую оптическую систему захвата. Наше устройство позволяет захватывать и перемещать частицы размером с микрометр, например биологические клетки, лишь с помощью света», — сказал профессор Эндрю Форбс (Andrew Forbes).

В системе лазерных пинцетов свет фокусируется на небольшом пространстве, в котором находятся мелкие частицы и биологические клетки. В таких масштабах (обычно на микро- или наноуровне) сила, которую может оказывать свет, довольно значительна, поэтому частицы могут быть захвачены светом и затем контролироваться. Когда луч свет перемещается, частицы двигаются вместе с ним. За это открытие американский ученый Артур Ашкин получил Нобелевскую премию по физике в 2018 году. 

Первоначально свет управлялся механически — например, с помощью зеркал, — однако позже он стал перемещаться голографически, то есть посредством компьютерных голограмм для управления светом без движущихся частей. До сих пор в таких голографических ловушках можно было использовать только специальные классы лазерных лучей, называемые скалярными пучками.

«Наше устройство может работать как с традиционными лазерными лучами (скалярными пучками), так и с более сложными, векторными лучами. Векторные лучи актуальны и имеют множество применений, однако до сих пор не было возможности использовать подобную голографическую ловушку», — объясняет Форбс.

В устройстве южноафриканских ученых скалярные и векторные лучи контролируются голографически в одном устройстве. Исследователи предполагают, что их механика будет полезна в контролируемых экспериментах на микро- и наноуровнях, в том числе в биологических и медицинских исследованиях клеток, небольших химических реакциях, фундаментальной физике и будущих чиповых устройствах.