Ett internationellt forskargrupp har upptäckt en ny typ av krökt ljusstråle som kallas en "fotonisk krok". Fotoniska krokar är unika, eftersom deras krökningsradie är två gånger mindre än deras våglängd. Detta är den minsta krökningsradien för elektromagnetiska vågor som någonsin registrerats. Fotoniska krokar kan förbättra upplösningen av optiska system och styra rörelsen av nanopartiklar, enskilda celler, virus eller bakterier. Resultaten av denna forskning publicerades i Optikbokstäver och Vetenskapliga rapporter .

"Den fotoniska kroken bildas när vi riktar en plan ljusvåg till en dielektrisk partikel med asymmetrisk form, "säger Alexander Shalin, chef för International Laboratory of Nano-opto-mechanics vid ITMO University. "Vi studerade en partikel som kallas en kuboid. Den ser ut som en kub med ett prisma på ena sidan. På grund av denna form, tiden för hela fasen av vågoscillationerna varierar oregelbundet i partikeln. Som ett resultat, den avgivna ljusstrålen böjer sig. "

Forskare har visat att den fotoniska krokens krökningsradie kan vara mycket mindre än dess våglängd. Krökningen kan också justeras genom att variera våglängden, infallande ljuspolarisering samt geometriska parametrar för den utsändande partikeln. Denna egenskap kan användas för att omdirigera en optisk signal, för att övervinna diffraktionsgränsen i optiska system eller för att flytta enskilda partiklar i nanoskala.

"Denna idé föreslogs initialt av våra kollegor från Tomsk State University. Så snart vi gjorde de nödvändiga beräkningarna och beskrev detta fenomen, vi bestämde oss för att kontrollera om en fotonkrok kunde användas i optomekanik, " - säger Sergey Sukhov, forskare vid University of Central Florida - "Det visade sig att med en fotonisk krok, vi kan göra en manipulator för att flytta partiklar längs en krökt bana runt transparenta hinder. Detta är möjligt på grund av strålningstryck och gradient optisk kraft. När en partikel träffar området med strålens högsta intensitet, gradientkraften håller den inne i strålen medan strålningstrycket driver den längs den krökta vägen för energiflödesutbredning. "

En sådan metod för kontroll över partikelrörelse är lovande för optofluidik. Denna teknik använder ljusstrålar för att styra mikroströmmar av upplösta nano- och mikropartiklar. Detta gör det möjligt för forskare att göra mikroreaktorer på chips och undersöka, till exempel, bakterie, virus eller enskilda celler.

"Vi ska nu göra ett experiment och försöka flytta bakterier längs en böjd bana med en fotonisk krok, "Alexander fortsätter." Först av allt, vi måste få själva kroken under experimentella förhållanden. Vi måste kontrollera, till exempel, om ett substrat under vår kuboid skulle påverka krokutsläppet. Därefter gör vi en prototyp av mikroreaktorn och studerar hur partiklar rör sig. "

Den teoretiska grunden för de kommande experimenten innehåller två artiklar som redan har fått det vetenskapliga samfundets uppmärksamhet. "Referensartikeln som beskriver själva den fotoniska kroken följdes av en artikel om dess optomekaniska tillämpning, "Säger Sergey." Redan innan den första tidningen publicerades, MIT inkluderade det i sin veckovisa granskning av de mest intressanta förtrycken. Men det väckte också många frågor från granskarna. Strax efter att den publicerades, det träffade de bästa nedladdningarna på Optikbokstäver hemsida. Vid den tiden, den andra artikeln om optomekanik accepterades för tryckning. Vi hoppas att resultaten av våra experiment kommer att orsaka ännu större intresse. "