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Investigadores han desarrollado un método para utilizar luz láser para atraer objetos macroscópicos. Si bien ya se habían demostrado haces tractores ópticos microscópicos, esta es una de las primeras veces que se utiliza la tracción láser en objetos de mayor tamaño.
La luz contiene energía y momento que pueden utilizarse para diversos tipos de manipulación óptica, como la levitación y la rotación. Las pinzas ópticas, por ejemplo, son instrumentos científicos de uso común que utilizan luz láser para sujetar y manipular objetos diminutos como átomos o células. Durante los últimos diez años, los científicos han estado trabajando en un nuevo tipo de manipulación óptica: el uso de luz láser. luz laser para crear un rayo tractor óptico que pudiera atraer objetos.
«En estudios anteriores, la fuerza de atracción de la luz era demasiado pequeña para mover un objeto macroscópico», explicó Lei Wang, miembro del equipo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Qingdao en China. «Con nuestro nuevo enfoque, la fuerza de atracción de la luz tiene una amplitud mucho mayor. De hecho, es más de tres órdenes de magnitud mayor que la presión de la luz utilizada para impulsar una vela solar, que utiliza el momento de los fotones para ejercer una pequeña fuerza de empuje».
En la revista Óptica ExpressWang y sus colegas demuestran que el grafeno-SiO macroscópico2 Los objetos compuestos que diseñaron pueden utilizarse para el estirado láser en un entorno de gas enrarecido. Este tipo de entorno tiene una presión mucho menor que la atmosférica.
“Nuestra técnica proporciona un método sin contacto y de larga distancia «El método de tracción, que puede ser útil para diversos experimentos científicos», dijo Wang. «El entorno de gas enrarecido que usamos para demostrar la técnica es similar al que se encuentra en Marte. Por lo tanto, podría tener el potencial de manipular vehículos o aeronaves en Marte en el futuro».
En el nuevo trabajo, los investigadores diseñaron un grafeno-SiO especial2 Estructura compuesta diseñada específicamente para el estirado láser. Al ser irradiada con un láser, la estructura genera una diferencia de temperatura inversa, lo que significa que el lado opuesto al láser se calienta más.
Cuando los objetos hechos de grafeno-SiO2 La estructura compuesta es irradiada por un rayo laserLas moléculas de gas en su parte posterior reciben más energía y empujan el objeto hacia la fuente de luz. La combinación de esto con la baja presión de aire de un entorno de gas enrarecido permitió a los investigadores obtener una fuerza de atracción láser lo suficientemente fuerte como para mover objetos macroscópicos.
Utilizando un dispositivo de péndulo torsional (o giratorio) hecho de su grafeno-SiO2 Mediante una estructura compuesta, los investigadores demostraron el fenómeno de atracción láser de forma visible a simple vista. Posteriormente, utilizaron un péndulo de gravedad tradicional para medir cuantitativamente la fuerza de atracción láser. Ambos dispositivos medían aproximadamente cinco centímetros de largo.
“Descubrimos que la fuerza de tracción era más de tres órdenes de magnitud mayor que la presión de la luz”, dijo Wang. “Además, la tracción láser es repetible y la fuerza se puede ajustar cambiando la potencia del láser”.
Los investigadores advierten que este trabajo es solo una prueba de concepto y que muchos aspectos de la técnica requieren mejoras antes de que sea práctica. Por ejemplo, se necesita un modelo teórico sistemático para predecir con precisión la fuerza de tracción láser para parámetros dados, incluyendo la geometría del objeto, la energía del láser y el medio circundante. Los investigadores también desean mejorar la estrategia de tracción láser para que funcione en un rango más amplio de presiones de aire.
“Nuestro trabajo demuestra que la manipulación flexible de la luz sobre un objeto macroscópico es factible cuando las interacciones entre la luz, el objeto y el medio se controlan cuidadosamente”, afirmó Wang. “También evidencia la complejidad de las interacciones láser-materia y que muchos fenómenos están lejos de ser comprendidos tanto a escala macroscópica como microscópica”.
Fuente: Investigadores crean un rayo tractor óptico que atrae objetos macroscópicos.
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