Притягивающий луч становится реальностью
Ученые из петербургского Университета ИТМО разработали модель оптического притягивающего луча, предназначенного для захвата частиц. С его помощью можно передвигать частицы или клетки навстречу источнику излучения. Исследование показало, что гиперболические метаповерхности перспективны для экспериментов по созданию притягивающего луча, а также для его практических применений, сообщает пресс-служба вуза.
«Эта разработка стала логичным развитием нашей работы по получению луча притяжения при помощи поверхностных плазмон-поляритонов с учетом того, что мы долгое время занимались метаматериалами и предполагали, чего можно ожидать, — рассказал “Стимулу” Александр Шалин, руководитель исследовательской группы ИТМО, работающей над проектом. — Луч притяжения позволяет более точно и с большей гибкостью управлять траекторией движения микрообъектов. Помимо этого возбуждение гиперболических мод позволяет существенно снизить интенсивность излучения при том же значении силы, а значит, снизить риск сжечь объект и увеличить устойчивость его позиционирования».
Притягивающие лучи давно описаны в фантастических книгах и фильмах, там их используют инопланетяне для захвата больших объектов — животных, людей машин, кораблей. На протяжении долгого времени ученые работают над тем, чтобы создать нечто подобное в реальной жизни, но разрабатываемые современными физиками технологии позволят перемещать лишь микроскопические частицы — отдельные атомы или живые клетки.
«Из школьного курса физики мы знаем, что есть такая вещь, как радиационное давление, в 1901 году Петр Николаевич Лебедев, русский физик, показал экспериментально, что свет оказывает давление на материальные объекты, — рассказал Александр Шалин. — Луч притяжения — это отрицательное радиационное давление, когда свет не отталкивает тело от себя, а, наоборот, притягивает. Его так просто не реализовать. Идея была высказана довольно давно, помимо того что у фантастов это давно муссируется, идея его создать в действительности была предложена в начале этого десятилетия».
Петербургские ученые предложили использовать для создания таких лучей так называемые метаматериалы — искусственные периодические структуры из повторяющихся элементов с необычными оптическими свойствами. Пока речь идет о теоретической разработке вопроса создания притягивающего луча для частиц, говорят исследователи. По их оценке, для создания экспериментального прототипа понадобится полтора-два года. Его, в свою очередь, можно будет использовать в качестве образца для проектирования реальных рабочих установок.
Возможная область применения луча — биология, медицина: неразрушающее перемещение биологических объектов, клеток при помощи излучения. Это один из немногих способов, который позволяет, не разрушив биологический объект, управлять его движением: захватить лучом и двигать в произвольном направлении.
«В дальнейшем мы планируем рассмотреть другие виды поверхностных и объемных мод, исследовать эффекты оптического связывания в системе из нескольких частиц на метаматериальных подложках, а также впервые поставить эксперимент по определению оптических сил, вызванных поверхностными и объемными модами метаматериалов», — рассказал Александр Шалин.