A kutatók olyan módszert fejlesztettek ki, amellyel lézerfényt használhatnak makroszkopikus objektumok húzására. Bár korábban is bemutatták a mikroszkopikus optikai traktornyalábokat, ez az egyik első alkalom, hogy nagyobb tárgyakon alkalmaznak lézerhúzást.
A fény energiát és lendületet egyaránt tartalmaz, amelyek különféle optikai manipulációkhoz használhatók, mint például a levitáció és a forgatás. Az optikai csipeszek például gyakran használt tudományos műszerek, amelyek lézerfényt használnak apró tárgyak, például atomok vagy sejtek megtartására és manipulálására. Az elmúlt tíz évben a tudósok egy új típusú optikai manipuláción dolgoztak: a felhasználáson lézerfény olyan optikai vontatósugarat létrehozni, amely tárgyakat húzhat.
"A korábbi tanulmányok során a fény húzóereje túl kicsi volt egy makroszkopikus objektum húzásához" - mondta Lei Wang, a kutatócsoport tagja, a kínai Qingdao Tudományos és Technológiai Egyetem munkatársa. „Új megközelítésünkkel a könnyű húzóerő sokkal nagyobb amplitúdóval rendelkezik. Valójában több mint három nagyságrenddel nagyobb, mint a napvitorla meghajtásához használt fénynyomás, amely a fotonok lendületét használja fel egy kis tolóerő kifejtésére.
A folyóiratban Optika Express, Wang és munkatársai bemutatják, hogy a makroszkopikus grafén-SiO2 az általuk tervezett kompozit tárgyak ritka gázkörnyezetben lézerhúzásra is használhatók. Az ilyen típusú környezet nyomása sokkal alacsonyabb, mint a légköri nyomás.
„A mi technikánk érintésmentes és távolsági húzó megközelítés, ami hasznos lehet különféle tudományos kísérleteknél” – mondta Wang. „A ritkított gáz környezet, amelyet a technika bemutatására használtunk, hasonló a Marson találhatóhoz. Ezért lehet, hogy egy napon képes manipulálni járműveket vagy repülőgépeket a Marson.”
Elegendő erő létrehozása
Az új munkában a kutatók egy speciális grafén-SiO-t terveztek2 kompozit szerkezet kifejezetten lézerhúzáshoz. Lézerrel besugározva a szerkezet fordított hőmérséklet-különbséget hoz létre, ami azt jelenti, hogy a lézerrel ellentétes oldal felmelegszik.
Amikor a grafén-SiO-ból készült tárgyak2 kompozit szerkezetet besugározzák a lézersugár, a hátoldalukon lévő gázmolekulák több energiát kapnak, és a tárgyat a fényforrás felé tolják. Ezt a ritka gázkörnyezet alacsony légnyomásával kombinálva a kutatók olyan lézerhúzóerőt tudtak elérni, amely elég erős a mozgáshoz makroszkopikus objektumok.
Grafén-SiO-ból készült torziós – vagy forgatható – ingaeszköz használatával2 kompozit szerkezettel mutatták be a kutatók a lézerhúzó jelenséget szabad szemmel látható módon. Ezután hagyományos gravitációs ingát használtak a lézerhúzóerő mennyiségi mérésére. Mindkét eszköz körülbelül öt centiméter hosszú volt.
Ismételhető, hangolható húzás
"Azt találtuk, hogy a húzóerő több mint három nagyságrenddel nagyobb, mint a könnyű nyomás" - mondta Wang. "Emellett a lézerhúzás megismételhető, és az erőt a lézerteljesítmény változtatásával lehet hangolni."
A kutatók arra figyelmeztetnek, hogy ez a munka csak a koncepció bizonyítéka, és a technika számos aspektusát javítani kell, mielőtt gyakorlatiassá válna. Például szisztematikus elméleti modellre van szükség a lézer húzóerejének pontos előrejelzéséhez adott paraméterek esetén, beleértve a tárgy geometriáját, a lézerenergiát és a környező közegeket. A kutatók a lézeres húzási stratégiát is szeretnék javítani, hogy az szélesebb légnyomás-tartományban működjön.
"Munkánk azt bizonyítja, hogy egy makroszkópikus objektum rugalmas fénymanipulációja megvalósítható, ha a fény, a tárgy és a közeg közötti kölcsönhatásokat gondosan ellenőrizzük" - mondta Wang. „Ez azt is mutatja, hogy a lézer-anyag kölcsönhatások bonyolultak, és hogy sok jelenséget még messze nem értünk makro- és mikro léptékben is.”
Forrás: A kutatók optikai traktorsugarat hoznak létre, amely makroszkopikus objektumokat húz
