Российские и зарубежные физики открыли новый вид искривленных пучков света и превратили их в своеобразный крючок, с помощью которого можно ловить бактерии и манипулировать положением наночастиц в пространстве, сообщает пресс-служба Университета ИТМО в Санкт-Петербурге.
«Сейчас мы собираемся провести эксперимент по перемещению бактерий по искривленной траектории при помощи фотонного крюка. Сначала нужно получить сам крючок и проверить, как на него будет влиять, например, подложка, на которой мы располагаем кубоид. Затем мы сделаем прототип микрореактора и посмотрим, как будет двигаться частица», — рассказывает Александр Шалин, физик из Университета ИТМО.
Еще со времен античности считалось, что волны и частицы света могут двигаться только по прямой, меняя траекторию при взаимодействии с различными предметами или оптическими приборами. Примерно полвека назад известный британский физик Майкл Берри теоретически показал, что это не совсем так: при определенных обстоятельствах луч света будет двигаться не по прямой, а по параболе.
Долгое время ученые полагали, что это возможно только в теории, однако в 2007 году физики из университета Флориды, применив новые оптические метаматериалы, смогли получить первый закрученный луч света. Его назвали «лучом Эйри» в честь британского математика Джорджа Эйри, выяснившего, почему световые блики на дне стеклянного стакана или мелководного моря закручиваются в дуги и принимают другие формы.
Шалин и его коллеги вместе с американскими, британскими и израильскими учеными, экспериментируя с наночастицами из диэлектрических материалов, имеющих необычную форму, открыли новый тип загнутых лучей — фотонный крюк.
«Мы исследовали частицу под названием кубоид. Она выглядит как куб с призмой с одной из сторон. Из-за такой формы в частице неравномерно изменяется время полной фазы колебаний оптической волны. В итоге на выходе из частицы получается искривленный световой пучок», — объясняет Шалин.
Дальнейшие эксперименты с этими наночастицами показали, что можно гибко управлять тем, как именно будет поляризован и закручен свет, а также менять другие его свойства, в том числе и то, как сильно и в какую сторону он будет толкать материальные объекты при столкновении.
Как оказалось, эти лучи можно использовать в качестве своеобразного светового крючка, который будет одновременно удерживать микроскопический объект и толкать его в определенную сторону не по прямой, а по параболической или произвольной траектории. Это позволяет двигать объекты, находящиеся за прозрачными препятствиями.
Подобные лучи, по мнению физиков, найдут применение при изучении микробов и объектов наномира, манипуляции с которыми раньше были сильно затруднены. В отличие от обычных лучей Эйри, для выработки которых нужно громоздкое и сложное оборудование, «фотонные крючки» можно получать с помощью всего лишь лазеров и наночастиц из обычного стекла. Это заметно расширит их применимость на практике, заключают авторы статьи.
