Optiniai nanomotoriai. Mažus variklius lemia šviesa

Optiniai taikikliai ginklams (Liepa 2019).

Anonim

Moksle fantastika yra pilna išgalvotų prietaisų, leidžiančių šviesai intensyviai bendrauti su medžiaga, nuo šviesių sabers iki raketų su fotonu. Pastaraisiais metais mokslas pradėjo pasivyti. kai kurie rezultatai rodo įdomią realiosios šviesos ir materijos sąveiką atominėse svarstyklėse, o mokslininkai sukūrė tokius įrenginius kaip optiniai traktoriaus spinduliai, pincetai ir sūkurinės sijos.

Dabar "MIT" ir kitur esanti komanda per tokią egzotišką kontracepciją ieškojo kitos ribos, modeliavimuose sukūrusi pirmąją sistemą, kurioje dalelės, pradedant nuo maždaug molekulės iki dydžio bakterijų, gali manipuliuoti paprasta o ne brangūs specializuoti šviesos šaltiniai, kuriuos reikalauja kitos sistemos. Šią išvadą pranešė žurnalas " Science Advances", kurį paskelbė MIT postdocs Ognjen Ilic'as, doktorantas '15, Ido Kaminer ir Bo Zhen; fizikos profesorius Marinas Soljacikas; ir du kiti.

Dauguma tyrimų, kuriuose bandoma manipuliuoti medžiaga šviesa, atskyrus atskirus atomus ar mažas daleles, jas pritraukiant ar verpant, reikia naudoti sudėtingus lazerio spindulius arba kitą specializuotą įrangą, kuri griežtai apriboja tokių sistemų naudojimo būdus. būti taikomas. "Mūsų požiūris yra pažvelgti į tai, ar galime gauti visus įdomius mechaninius efektus, tačiau labai paprasta", - teigia Ilicas.

Komanda nusprendė dirbti su dalelių inžinerijomis, o ne šviesos pluoštais, kad jie reaguotų į įprastą šviesą tam tikrais būdais. Pradiniame bandyme mokslininkai sukūrė simuliacines asimetriškas daleles, vadinamą "Janus" (dvigubos) daleles, tik vieno mikrometro skersmens ir vieno šimtmečio žmogaus plaukų pločio. Šios mažos sferos buvo pagamintos iš silicio dioksido šerdies, apvilktos pusėje su plonu aukso sluoksniu.

Mokslininkai rasta, kad, veikiant šviesos pluoštui, šių dalelių dvipusė konfigūracija sukelia sąveiką, kuri perkelia savo simetrijos ašis į sijos orientaciją. Tuo pačiu metu ši sąveika sukuria jėgas, kurios nustato daleles, vienodai sukančius. Keli dalelės gali vienu metu paveikti tą patį spindulį. Ir nugaros greitis gali būti pakeistas tiesiog pakeičiant šviesos spalvą.

Tokia pati sistema, pasak mokslininkų, gali būti taikoma skirtingų rūšių manipuliavimui, pvz., Dalelių judėjimo padėčiai perduoti. Galų gale šis naujas principas gali būti taikomas judančioms dalelėms aplink kūno viduje, naudojant šviesą, kad būtų galima kontroliuoti savo padėtį ir veiklą, naujoms medicininėms procedūroms. Jis taip pat gali rasti panaudojimo optiškai pagrįstoje nanomachinery.

Kamineris sako: "Aš galvoju apie tai kaip apie naują priemonę arsenalą ir labai reikšmingą".

Ilicas sako, kad tyrimas "leidžia dinamiką, kurios gali būti neįmanoma pasiekti pagal įprastą šviesos pluošto formavimo būdą", ir gali suteikti įvairias programas, kurias šiuo metu sunku numatyti. Pavyzdžiui, daugelyje galimų programų, pavyzdžiui, biologinio naudojimo, nanodalelės gali judėti neįtikėtinai sudėtingoje, besikeičiančioje aplinkoje, kuri iškraipytų ir išsklaidytų spindulius, kurių reikia kitiems dalelių manipuliavimo būdams. Tačiau šios sąlygos neturėtų reikšmės paprastiems šviesos pluoštams, reikalingiems komandos asimetriškoms dalelėms įjungti.

"Kadangi mūsų požiūris nereikalauja šviesos lauko formavimo, vienas šviesos spindulys vienu metu gali įjungti daugybę dalelių, " sako Ilicas. "Tokio elgesio pasiekimas būtų labai įdomus mokslininkų bendruomenei, tyrinėjančiam optinių nanodalelių ir molekulinių mašinų manipuliavimą". Kamineris priduria: "Yra privalumas kontroliuoti daugybę dalelių vienu metu. Tai unikali galimybė, turinti čia".

Soljacicas teigia, kad šis darbas tinka topologinės fizikos sričiai - sparčiai augančiam mokslui, kuris taip pat paskatino praėjusių metų Nobelio premiją fizikoje. Tačiau dauguma tokių darbų buvo nukreiptos į gana specializuotas sąlygas, kurios gali egzistuoti tam tikrose egzotinėse medžiagose, vadinamos periodine žiniasklaida. "Priešingai, mūsų darbas tiria topologinius reiškinius dalelių", - sako jis.

Ir tai tik pradžia, siūlo komanda. Šis pradinis modeliavimo rinkinys nagrinėjo tik labai paprastą dvipusę dalelę. "Manau, kad mums labiausiai įdomus dalykas, - sako Kamineris, - čia čia yra didžiulė galimybių sritis. Su tokia paprasta dalelė, kuriai būdinga tokia sudėtinga dinamika, - sako jis, sunku įsivaizduoti, kas bus įmanoma" - su milžiniška įvairių dalelių ir formų bei konstrukcijų, kurias galime ištirti ".

menu
menu