Создан световой луч, который притягивает объекты: как это работает

В свежей статье в ACS Photonics команда подробно описывает, как им удалось создать этот луч. Ключ к успеху — крошечная кремниевая метаповерхность с особым нанорисунком.

Раньше для генерации подобных пучков требовались громоздкие модуляторы света, которые и в лаборатории-то с трудом помещались. О каком портативном устройстве могла идти речь? Технология была интересной, но неповоротливой.

Новая метаповерхность — это тончайшая пластинка кремния. Её толщина — примерно одна двухтысячная миллиметра. На ней с ювелирной точностью выгравирована особая структура, которая и творит чудеса со светом.

Свет, который не отталкивает, а притягивает

Обычный луч света оказывает на объект радиационное давление — по сути, слегка толкает его. Но соленоидные лучи ведут себя иначе: они закручиваются в пространстве, создавая обратный градиент силы, который притягивает частицы к источнику. Представьте себе не луч фонарика, а миниатюрную световую дрель, которая втягивает стружку. Примерно так это и работает.

Чем же новинка лучше предшественников? Главное — простота и компактность. Никаких сложных массивных систем. Всю работу выполняет одна изящная метаповерхность. Установка стала меньше, но её эффективность только возросла.

Создали эту поверхность с помощью фазовой голограммы, которая задала нужный рисунок. Затем по этому шаблону на кремниевой пластине с помощью электронно-лучевой литографии и ионного травления нанесли наноструктуры. Сложно? Безусловно. Но результат того стоит.

Когда обычный лазерный луч проходит через эту поверхность, большая его часть (около 76%) преобразуется в тот самый закрученный соленоидный пучок. Он отделяется от неизменённого света, что позволяет учёным чётко работать с ним на расстоянии вплоть до 21 сантиметра. Дальше луч, увы, рассеивается — пока таков предел технологии.

«Компактность и высокая эффективность нашего устройства открывают дорогу для самых неожиданных применений, — говорит ведущий исследователь Марьям Сетаре. — Возможность аккуратно извлекать частицы с помощью метаповерхности может, например, революционизировать биопсию, сделав её значительно менее инвазивной и болезненной». Представьте: вместо иглы — луч света. Будущее ли это медицины? Похоже, что оно уже начинается.