Ljusbärande fotonmomentum kan trycka och dra mikropartiklar genom momentumutbyte. Denna momentumutbytesprocess genererar optiska krafter, som antingen lockar (konventionell optisk pincett), skjuter (strålningskraft) eller drar (dragkraft) mikropartiklar. Ett nytt framväxande forskningsintresse, optisk sidokraft som representerar den optiska kraften vinkelrätt mot utbredningsriktningen för en icke-gradientstråle, har väckt stor uppmärksamhet. Den laterala kraften kan genereras med hjälp av akirala partiklar genom omvandlingen av spinn och orbitalmomentum hos en cirkulärt polariserad stråle. Det förutspås också att en kiral nanopartikel placerad ovanför en yta kan generera sidokraften med hjälp av en planvågsexcitation. Dock, det finns få demonstrationer av den kiralitetsberoende sidokraften, och partiklarna som används i den teoretiska förutsägelsen är 100 nm vilket har begränsade tillämpningar. Förutom, teorin om optisk sidokraft på större partiklar (storlek ~ våglängd) saknas.

I en ny tidning publicerad i Ljusvetenskap och tillämpningar , forskare designade ett experiment för att demonstrera den kiralitetsberoende optiska sidokraften. De syntetiserar mikropartiklar med stark chiralitet och flyter dem i gränsytan mellan luft och vatten. Efter belysning med en snett infallande linjärt polariserad stråle, kirala mikropartiklar med olika handenhet (vänster och höger) kommer att röra sig i motsatta riktningar. Intressant, de finner i teorin att den optiska sidokraften kan vända tecken med olika ljuspolarisation och infallsvinkel, kiralitetsvärde och partikelstorlek. De utvecklade också spännande modeller i perspektivet av momentumöverföring för att utveckla denna optiska sidokraft. Den rapporterade metoden och tekniken kommer att öppna nya vägar för framtida direkt detektering och sortering av mikropartiklar med omärkliga kemiska skillnader och inspirera till utforskning av optiska fenomen med ljus-materia-interaktioner.

Experimentupplägget är lätt, kräver endast en s- eller p-polariserad laserstråle och fokuserar den till en elliptisk form med hjälp av två cylindriska linser. De kirala mikropartiklarna flyter vid gränsytan mellan luft och vatten i en mikrobrunn tillverkad med mjuk litografi. Denna konfiguration erbjuder många möjligheter att undersöka spännande optisk fysik, såsom spin-orbital interaktioner, kiralitetsavkänning, etc.

Dessa forskare sammanfattar sitt arbete som:

"Vi designade det första experimentet med kiralitetsassisterad optisk lateral kraft på Mie kirala partiklar (storlek ~ våglängd) för enantioselektiv separation. Nyligen genomförda studier om enantioselektiv separation och kirala partiklar fokuserar på de mycket stora partiklarna (geometrisk optikregion, storlek> våglängd) på grund av gränsen för partikelsyntesproceduren och befintliga teorier. Vi visade, för första gången, robust dubbelriktad sortering av Mie kirala partiklar, och det första exemplet på reversibla optiska sidokrafter, som vi tror är ett väsentligt komplement till gemenskapen av optik såväl som optiska manipulationer. Vår teori studerar beroendet av de reversibla optiska sidokrafterna med partikelstorlek, infallsvinkel, och polarisering av ljus. Jämfört med tidigare icke-reverserande optisk sidokraft, Mie kirala partiklar är ganska unika och icke-triviala, och de har några spännande egenskaper. Också, vi utvecklar den optiska sidokraften ur perspektivet av momentumöverföring, vilket är ett enkelt sätt att manifestera den optiska sidokraften."

"Vår metod är insiktsfull och användbar för demonstration av extraordinära krafter eftersom den utesluter de optiska gradientkrafterna i konventionella optiska pincett. Den hjälper till att komplettera området för optiska sidokrafter i både teori och experiment. Den presenterade tekniken kan användas för kontaktlösa övervakning av handigheten hos de kirala partiklarna som finns allmänt inom läkemedelsindustrin och biomaterial utan testning med kemiska eller biologiska metoder, ", tillade Dr. Yuzhi Shi och Prof. Cheng-Wei Qiu.