Fysiker från ITMO University har utvecklat en modell av en optisk traktorstråle för att fånga partiklar baserade på nya konstgjorda material. En sådan stråle kan flytta partiklar eller celler mot strålningskällan. Studien visade att hyperboliska metasytor är lovande för experiment med att skapa traktorstrålen, såväl som för dess praktiska tillämpningar. Resultaten publiceras i ACS Photonics .

Traktorbalkar är bekanta för många, tack vare Stjärnornas krig , Star Trek och otaliga skildringar av UFO -kidnappningar. Men forskare försöker uppnå sådana strålar i verkligheten, och det finns redan flera sätt att få objekt att röra sig mot en ljuskälla. Än så länge, dock, dessa objekt representeras av små partiklar och atomer istället för hela kor.

Forskare från ITMO University föreslog nyligen att använda metamaterial för att skapa sådana traktorbalkar. Metamaterial är konstgjorda periodiska strukturer med ovanliga optiska egenskaper som består av repetitiva element. Till exempel, metamaterial kan stödja hyperboliska lägen:speciella tillstånd i det elektromagnetiska fältet som uppstår när metamaterialet interagerar med ljus. Sådana tillstånd hjälper till att kontrollera de optiska krafter som påverkar föremål på materialytan, och, som det visar sig, kan hjälpa till att flytta partiklar mot ljuskällan.

"Vårt arbete är fullt ägnat åt att skapa traktorbalkar baserade på meta-ytor samt att studera fysiken bakom den. Vi fick reda på att denna effekt uppstår på grund av utbredning av hyperboliska lägen i metamaterial. Sådana lägen fungerar som en ytterligare spridning kanal och, enligt lagen om bevarande av momentum, kan skjuta partikeln i ljuskällans riktning. På samma gång, metamaterial har ett antal andra fördelar jämfört med alternativa metoder för att erhålla traktorbalken. Därför, metasytor är mer praktiska för praktisk användning, "säger Alexander Shalin, chef för nano-optomekaniklaboratoriet vid ITMO University.

2016, forskare från ITMO University föreslog en annan modell av traktorstrålen baserad på plasmonresonans och förökande plasmonvågor på ytan - svängningar av elektrongasen nära metallytan. Det platta underlaget tillät forskare att arbeta med hela ytan av materialet istället för små ytor, som i klassisk plasmonpincett. Dock, det nya arbetet visade att metamaterial baserade på platta strukturer som stöder både hyperboliska och plasmonlägen kan bli en ännu bättre grund för traktorbalkarna. Metasytor och metamaterial arbetar med ljus i hela det synliga våglängdsområdet och klarar bättre energiförluster. Allt detta gör dem lovande för experimentellt genomförande av traktorbalkarna.

"I framtida arbeten, vi planerar att utföra experiment för att få fram traktorbalkarna. Detta är ett obligatoriskt steg mot den praktiska tillämpningen av detta fenomen. Inom en snar framtid, denna teknik hjälper oss inte att locka rymdskepp och kidnappa kor, men den kan fortfarande användas, till exempel, att skapa speciella fällor för partiklar och celler eller att genomföra kemiska reaktioner selektivt, säger Alexandra Ivinskaya, den första författaren till artikeln.