Lewitacja dzięki światłu
Naukowcy z Caltech opracowali technologię lewitacji i przemieszczani przedmiotów wyłącznie za pomocą światła. Jest to możliwe dzięki pokryciu powierzchni przedmiotów specjalnie opracowanym wzorem w skali nano. Dzięki tej technologii teoretycznie możliwe byłoby wysłanie statku kosmicznego napędzanego wyłącznie światłem do sąsiednich układów gwiezdnych.
Na razie to tylko teoria. Ale czy to mało: koncepcja jak napędzać z Ziemi za pomocą lasera statek kosmiczny, który w ciągu dwudziestu lat dotrze do planety orbitującej wokół sąsiedniej gwiazdy?
Wróćmy jednak na Ziemię. Grupa badaczy z California Institute of Technology opracowała technologię, dzięki której możliwe jest manipulowanie przedmiotami o skali od mikrometrów nawet do metrów. Kluczem do tego działania jest pokrycie powierzchni przedmiotów specjalnymi wzorami zaprojektowanymi w skali nano.
Podstawa naukowa dla tej technologii została opisana już w 1969 roku przez Arthura Ashkina, który odkrył, że jest stanie przy użyciu lasera poruszać mikrometrowe obiekty. Kilka lat później Ashkin opracował „szczypce optyczne”, czyli urządzenie wykorzystujące opisaną technologię do poruszania, ale także do utrzymywania w stanie lewitacji niewielkich przedmiotów. Dziś ta technologia wykorzystywana jest szeroko w nauce, a Ashkin w zeszłym roku otrzymał za nią Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.
Szczypce optyczne działają jednak wyłącznie w mikroskali. Unoszony przedmiot musi być mniejszy, niż wiązka lasera, która go porusza. Tylko wówczas możliwe jest manipulowanie tym przedmiotem. Ponadto, ta technika umożliwia działanie jedynie na niewielką odległość.
Nowa technologia umożliwia działanie na przedmiotach różnych wielkości i kształtów, o ile ich powierzchnia zostanie pokryta specjalnymi wzorami zbudowanymi z nanomateriałów. Wzór reaguje na światło lasera w ten sposób, że przedmiot sam ustawia się w odpowiedni sposób. Kiedy tylko nastąpi zaburzenie, powstaje moment siły, który utrzymuje przedmiot we wiązce światła. Nie jest wymagana silnie skupiona wiązka laserowa. Wzory na przedmiotach służą przede wszystkim “zakodowaniu” ich własnej stabilności. Dzięki temu możliwe jest skuteczne oddziaływanie nawet na ogromne odległości, potencjalnie nawet miliony kilometrów.
– Stworzyliśmy metodę, dzięki której możliwa jest lewitacja makroobiektów – wyjaśnia prof. Atwater. – wyobrażamy sobie jej najśmielsze zastosowania, jako napędu dla statków kosmicznych nowej generacji. Jesteśmy bardzo daleko od dokonania tego, ale można powiedzieć, że jesteśmy na etapie testowania pierwszych podstaw. Zastosowanie tej technologii jest możliwe także na Ziemi – być może dzięki niemu będziemy w stanie coraz sprawniej i precyzyjniej produkować coraz mniejsze przedmioty, takie jak płyty drukowane, używane przy montażu podzespołów elektronicznych.
Artykuł opisujący odkrycie został opublikowany online 18 marca w czasopiśmie „Nature Photonics”. Badania przeprowadzono w laboratorium prof. Harrego Arwatera, Division of Engineering and Applied Science, California Institute of Technology. DOI: 10.1038/s41566-019-0373-y
Opracowano na podstawie artykułu Levitating Objects with Light opublikowanego na portalu California Institute of Technology.
