Οι ερευνητές έχουν αναπτύξει έναν τρόπο να χρησιμοποιούν το φως λέιζερ για να τραβήξουν ένα μακροσκοπικό αντικείμενο. Αν και οι μικροσκοπικές οπτικές δέσμες τρακτέρ έχουν αποδειχθεί στο παρελθόν, αυτή είναι μια από τις πρώτες φορές που το τράβηγμα με λέιζερ έχει χρησιμοποιηθεί σε μεγαλύτερα αντικείμενα.
Το φως περιέχει τόσο ενέργεια όσο και ορμή που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διάφορους τύπους οπτικών χειρισμών, όπως η αιώρηση και η περιστροφή. Τα οπτικά τσιμπιδάκια, για παράδειγμα, είναι συνήθως χρησιμοποιούμενα επιστημονικά όργανα που χρησιμοποιούν φως λέιζερ για να συγκρατούν και να χειρίζονται μικροσκοπικά αντικείμενα όπως άτομα ή κύτταρα. Τα τελευταία δέκα χρόνια, οι επιστήμονες εργάζονται πάνω σε έναν νέο τύπο οπτικού χειρισμού: τη χρήση φως λέιζερ για τη δημιουργία μιας οπτικής δέσμης τρακτέρ που θα μπορούσε να έλκει αντικείμενα.
«Σε προηγούμενες μελέτες, η δύναμη έλξης του φωτός ήταν πολύ μικρή για να τραβήξει ένα μακροσκοπικό αντικείμενο», δήλωσε το μέλος της ερευνητικής ομάδας Lei Wang από το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας του QingDao στην Κίνα. «Με τη νέα μας προσέγγιση, η δύναμη έλξης του φωτός έχει πολύ μεγαλύτερο πλάτος. Στην πραγματικότητα, είναι περισσότερο από τρεις τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο από την ελαφριά πίεση που χρησιμοποιείται για την οδήγηση ενός ηλιακού πανιού, το οποίο χρησιμοποιεί την ορμή των φωτονίων για να ασκήσει μια μικρή δύναμη ώθησης».
Στο περιοδικό Optics Express, ο Wang και οι συνεργάτες του αποδεικνύουν ότι το μακροσκοπικό γραφένιο-SiO2 Τα σύνθετα αντικείμενα που σχεδίασαν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τράβηγμα λέιζερ σε περιβάλλον σπάνιου αερίου. Αυτός ο τύπος περιβάλλοντος έχει πίεση πολύ χαμηλότερη από την ατμοσφαιρική.
«Η τεχνική μας παρέχει μια μη επαφή και υπεραστικές προσέγγιση έλξης, η οποία μπορεί να είναι χρήσιμη για διάφορα επιστημονικά πειράματα», είπε ο Wang. «Το περιβάλλον σπάνιου αερίου που χρησιμοποιήσαμε για να επιδείξουμε την τεχνική είναι παρόμοιο με αυτό που βρίσκεται στον Άρη. Ως εκ τούτου, μπορεί να έχει τη δυνατότητα να χειριστεί μια μέρα οχήματα ή αεροσκάφη στον Άρη».
Δημιουργώντας αρκετή δύναμη
Στη νέα εργασία, οι ερευνητές σχεδίασαν ένα ειδικό γραφένιο-SiO2 σύνθετη δομή ειδικά για τράβηγμα λέιζερ. Όταν ακτινοβολείται με λέιζερ, η δομή δημιουργεί μια αντίστροφη διαφορά θερμοκρασίας, που σημαίνει ότι η πλευρά που βλέπει μακριά από το λέιζερ θερμαίνεται περισσότερο.
Όταν τα αντικείμενα είναι κατασκευασμένα από το γραφένιο-SiO2 σύνθετη δομή ακτινοβολούνται από α ακτίνα λέηζερ, τα μόρια αερίου στην πίσω πλευρά τους λαμβάνουν περισσότερη ενέργεια και ωθούν το αντικείμενο προς την πηγή φωτός. Ο συνδυασμός αυτού με τη χαμηλή πίεση αέρα ενός περιβάλλοντος διαλυμένου αερίου επέτρεψε στους ερευνητές να αποκτήσουν μια δύναμη έλξης λέιζερ αρκετά ισχυρή για να κινηθεί μακροσκοπικά αντικείμενα.
Χρησιμοποιώντας μια στρεπτική ή περιστρεφόμενη συσκευή εκκρεμούς κατασκευασμένη από το γραφένιο-SiO τους2 σύνθετη δομή, οι ερευνητές κατέδειξαν το φαινόμενο της έλξης με λέιζερ με τρόπο που ήταν ορατός με γυμνό μάτι. Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν ένα παραδοσιακό εκκρεμές βαρύτητας για να μετρήσουν ποσοτικά τη δύναμη έλξης του λέιζερ. Και οι δύο συσκευές είχαν μήκος περίπου πέντε εκατοστά.
Επαναλαμβανόμενο, ρυθμιζόμενο τράβηγμα
«Βρήκαμε ότι η δύναμη έλξης ήταν περισσότερο από τρεις τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από την ελαφριά πίεση», είπε ο Wang. «Επιπλέον, το τράβηγμα με λέιζερ είναι επαναλαμβανόμενο και η δύναμη μπορεί να συντονιστεί αλλάζοντας την ισχύ του λέιζερ».
Οι ερευνητές προειδοποιούν ότι αυτή η εργασία είναι μόνο μια απόδειξη της ιδέας και ότι πολλές πτυχές της τεχνικής θα χρειάζονταν βελτίωση πριν γίνει πρακτική. Για παράδειγμα, απαιτείται ένα συστηματικό θεωρητικό μοντέλο για την ακριβή πρόβλεψη της δύναμης έλξης του λέιζερ για δεδομένες παραμέτρους, συμπεριλαμβανομένης της γεωμετρίας του αντικειμένου, της ενέργειας του λέιζερ και του περιβάλλοντος μέσου. Οι ερευνητές θα ήθελαν επίσης να βελτιώσουν τη στρατηγική έλξης με λέιζερ, ώστε να μπορεί να λειτουργήσει για ένα ευρύτερο φάσμα πιέσεων αέρα.
«Η εργασία μας δείχνει ότι ο εύκαμπτος χειρισμός φωτός ενός μακροσκοπικού αντικειμένου είναι εφικτός όταν οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ του φωτός, του αντικειμένου και του μέσου ελέγχονται προσεκτικά», είπε ο Wang. «Δείχνει επίσης την πολυπλοκότητα των αλληλεπιδράσεων λέιζερ-ύλης και ότι πολλά φαινόμενα απέχουν πολύ από το να γίνουν κατανοητά τόσο σε μακρο όσο και σε μικροκλίμακα».
πηγή: Οι ερευνητές δημιουργούν μια οπτική δέσμη τρακτέρ που έλκει μακροσκοπικά αντικείμενα
