I ricercatori hanno sviluppato un modo per utilizzare la luce laser per tirare un oggetto macroscopico. Sebbene i raggi traenti ottici microscopici siano stati dimostrati in precedenza, questa è una delle prime volte in cui l'estrazione laser è stata utilizzata su oggetti più grandi.
La luce contiene sia energia che quantità di moto che possono essere utilizzate per vari tipi di manipolazione ottica come la levitazione e la rotazione. Le pinzette ottiche, ad esempio, sono strumenti scientifici comunemente usati che utilizzano la luce laser per trattenere e manipolare piccoli oggetti come atomi o cellule. Negli ultimi dieci anni, gli scienziati hanno lavorato a un nuovo tipo di manipolazione ottica: l'utilizzo luce laser per creare un raggio traente ottico in grado di tirare oggetti.
"In studi precedenti, la forza di attrazione della luce era troppo piccola per tirare un oggetto macroscopico", ha affermato Lei Wang, membro del team di ricerca dell'Università di Scienza e Tecnologia di QingDao in Cina. “Con il nostro nuovo approccio, la forza di trazione leggera ha un'ampiezza molto maggiore. In effetti, è più di tre ordini di grandezza maggiore della leggera pressione utilizzata per muovere una vela solare, che utilizza la quantità di moto dei fotoni per esercitare una piccola forza di spinta».
Nella rivista Ottica Express, Wang e colleghi dimostrano che il grafene macroscopico-SiO2 gli oggetti compositi che hanno progettato possono essere utilizzati per l'estrazione laser in un ambiente di gas rarefatto. Questo tipo di ambiente ha una pressione molto inferiore a quella atmosferica.
“La nostra tecnica fornisce un senza contatto e lunga distanza approccio di trazione, che può essere utile per vari esperimenti scientifici", ha affermato Wang. “L'ambiente di gas rarefatto che abbiamo usato per dimostrare la tecnica è simile a quello che si trova su Marte. Pertanto, potrebbe avere il potenziale per manipolare un giorno veicoli o aerei su Marte».
Creare abbastanza forza
Nel nuovo lavoro, i ricercatori hanno progettato uno speciale grafene-SiO2 struttura composita specifica per tiraggio laser. Quando irradiata con un laser, la struttura crea una differenza di temperatura inversa, il che significa che il lato opposto al laser diventa più caldo.
Quando gli oggetti realizzati con il grafene-SiO2 struttura composita sono irradiate da a raggio laser, le molecole di gas sul lato posteriore ricevono più energia e spingono l'oggetto verso la sorgente luminosa. La combinazione di questo con la bassa pressione dell'aria di un ambiente di gas rarefatto ha permesso ai ricercatori di ottenere una forza di trazione laser abbastanza forte da muoversi oggetti macroscopici.
Utilizzando un dispositivo a pendolo torsionale o rotante realizzato con il loro grafene-SiO2 struttura composita, i ricercatori hanno dimostrato il fenomeno della trazione del laser in un modo che era visibile ad occhio nudo. Hanno quindi utilizzato un pendolo gravitazionale tradizionale per misurare quantitativamente la forza di trazione del laser. Entrambi i dispositivi erano lunghi circa cinque centimetri.
Tiro ripetibile e regolabile
"Abbiamo scoperto che la forza di trazione era più di tre ordini di grandezza maggiore della leggera pressione", ha detto Wang. "Inoltre, la trazione del laser è ripetibile e la forza può essere regolata modificando la potenza del laser."
I ricercatori avvertono che questo lavoro è solo una prova del concetto e che molti aspetti della tecnica avrebbero bisogno di miglioramenti prima che diventino pratici. Ad esempio, è necessario un modello teorico sistematico per prevedere con precisione la forza di trazione del laser per determinati parametri, tra cui la geometria dell'oggetto, l'energia del laser e il mezzo circostante. I ricercatori vorrebbero anche migliorare la strategia di trazione laser in modo che possa funzionare per una gamma più ampia di pressioni dell'aria.
"Il nostro lavoro dimostra che la manipolazione flessibile della luce di un oggetto macroscopico è fattibile quando le interazioni tra luce, oggetto e mezzo sono attentamente controllate", ha affermato Wang. "Mostra anche la complessità delle interazioni laser-materia e che molti fenomeni sono ben lungi dall'essere compresi sia su scala macro che micro".
Fonte: I ricercatori creano un raggio traente ottico che tira oggetti macroscopici
