Ett aktivt forskningsfält, laseroptisk fångst fungerar för att styra rörelsen och positionen för partiklar av olika storlekar och former. Förmågan att förflytta små partiklar på ett exakt och kontrollerat sätt är viktigt för både grundläggande och tillämpad vetenskap. Till exempel, förmågan att styra rörelsen av enstaka atomer kan användas för att realisera kvantberäkning, och forskningen bidrar också till studier av biologiska prover och föroreningar.

Nu har forskare vid Tel Aviv University utnyttjat en 2, 300-årig vattenförskjutningsteknik för att utveckla en ny laserstråle som fångar och rör partiklar i specifika riktningar.

"Vi har skapat en ljusstråle som ser ut och fungerar som Archimedes skruv, " säger Dr. Alon Bahabad från Physical Optics Laboratory vid TAU:s School of Electrical Engineering. "Istället för att resa i en rak linje som vanliga laserstrålar, vår stråle består av två spiralsträngar, i likhet med formen av DNA, och vi kan använda denna stråle för att flytta mycket små partiklar. Strålens rotation avgör i vilken riktning partiklarna, vars storlek varierar mellan tiotals nanometer till cirka 10 mikron, förmedlas. "

Studien, publicerad i tidningen Optica , leddes av Dr. Bahabads studenter Barak Hadad, Sahar Froim och Yaniv Eliezer i samarbete med Dr Yael Roichman vid TAU:s kemiskolor och hennes studenter Harel Bagar och Tamir Admon.

Från vatten till ljus

Arkimedes, en grekisk forskare som levde under 300 -talet f.Kr., krediteras för att ha uppfunnit en av de första effektiva vattenpumparna:en bredgängad skruv, böjd runt en axel omsluten av en cylinder eller ett rör.

"En stor utmaning i laseroptisk fångst är hur man flyttar partiklar mot en ljuskälla, "Dr Bahabad säger." Detta är ett problem eftersom partiklar tenderar att röra sig med ljusflödet, eller pressas nedströms, ' så att säga. Vårt mål var att generera en uppströms rörelse av instängda partiklar för att skapa en "traktorbalk". Vi har gjort just detta genom att hänvisa till en gammal idé. "

Arkimedes visade att rotationen av en mekanisk skruv förskjuter vatten längs skruvens axel, mot tyngdkraften. "Vi har tagit fram en elegant traktorstråle baserad på denna enkla idé, "Säger Dr. Bahabad." Förflyttningen av fångade partiklar i vårt fall beror på strålens rotation. Om du vrider den åt ett håll, partiklarna pressas nedströms. Vrid det åt andra hållet, och de dras uppströms."

En stående våg

Dr Bahabad och hans team kombinerade olika ljusstrålar för att skapa ett interferensmönster som kallas en stående våg. Sådana störningsmönster kännetecknas av alternerande ljusa och mörka områden. Partiklar i strålarna fångades av luftrörelse nära partiklarna på grund av värme som avlagrades av laserstrålen.

"När partikeln är i ett ljust område av strålen, det blir varmt och skjuts iväg av luftmolekyler mot mörkare områden, "säger Dr Bahabad." När vi roterar strålen, de mörka områdena rör sig och bär med sig de fångade partiklarna. Så fungerar en varuautomat som har en skruv för att flytta snacks.

"Vi tror att vår upptäckt kan hitta användningsområden inom biologi, materialvetenskap, spektroskopi eller något fält som kräver övervakning av olika material eller biologiska prover. "