طور الباحثون طريقة لاستخدام ضوء الليزر لسحب جسم مجهري. على الرغم من أنه قد تم عرض حزم الجرارات الضوئية المجهرية من قبل ، إلا أن هذه واحدة من المرات الأولى التي تم فيها استخدام سحب الليزر على أجسام أكبر.
يحتوي الضوء على كل من الطاقة والزخم اللذين يمكن استخدامهما لأنواع مختلفة من المعالجة الضوئية مثل التحليق والدوران. الملاقط البصرية ، على سبيل المثال ، هي أدوات علمية شائعة الاستخدام تستخدم ضوء الليزر لحمل الأشياء الصغيرة ومعالجتها مثل الذرات أو الخلايا. على مدى السنوات العشر الماضية ، عمل العلماء على نوع جديد من المعالجة البصرية: استخدام ضوء الليزر لإنشاء شعاع جرار بصري يمكنه سحب الأشياء.
قال عضو فريق البحث لي وانغ من جامعة تشينغداو للعلوم والتكنولوجيا في الصين: "في دراسات سابقة ، كانت قوة سحب الضوء أصغر من أن تسحب جسمًا مجهريًا". "من خلال نهجنا الجديد ، تتمتع قوة سحب الضوء بسعة أكبر بكثير. في الواقع ، هو أكبر بثلاث مرات من ضغط الضوء المستخدم لقيادة شراع شمسي ، والذي يستخدم زخم الفوتونات لممارسة قوة دفع صغيرة. "
في مجلة اوبتكس اكسبريس، يوضح وانج وزملاؤه أن الجرافين العياني - SiO2 يمكن استخدام الكائنات المركبة التي صمموها لسحب الليزر في بيئة غاز متخلخلة. هذا النوع من البيئة له ضغط أقل بكثير من الضغط الجوي.
"أسلوبنا يوفر عدم الاتصال و بعيد المدى نهج السحب ، والذي قد يكون مفيدًا للتجارب العلمية المختلفة ، "قال وانغ. "بيئة الغاز المتخلخلة التي استخدمناها لإثبات هذه التقنية مشابهة لما تم العثور عليه على المريخ. لذلك ، قد يكون لها القدرة على التلاعب بالمركبات أو الطائرات على المريخ يومًا ما ".
خلق قوة كافية
في العمل الجديد ، صمم الباحثون جرافين خاص - SiO2 هيكل مركب خصيصًا لسحب الليزر. عند تعريضه للإشعاع بالليزر ، يخلق الهيكل فرقًا عكسيًا في درجة الحرارة ، مما يعني أن الجانب المواجه بعيدًا عن الليزر يصبح أكثر سخونة.
عندما تصنع الأشياء من الجرافين- SiO2 يتم تشعيع الهيكل المركب بواسطة أ شعاع الليزر، جزيئات الغاز الموجودة على جانبها الخلفي تتلقى المزيد من الطاقة وتدفع الجسم نحو مصدر الضوء. سمح الجمع بين هذا وبين انخفاض ضغط الهواء لبيئة غازية نادرة للباحثين بالحصول على قوة سحب ليزر قوية بما يكفي للتحرك كائنات عيانية.
باستخدام جهاز التواء - أو دوران - بندول مصنوع من الجرافين - SiO2 التركيب المركب ، أظهر الباحثون ظاهرة سحب الليزر بطريقة كانت مرئية للعين المجردة. ثم استخدموا بندول الجاذبية التقليدي لقياس قوة سحب الليزر كميًا. كان طول كلا الجهازين حوالي خمسة سنتيمترات.
سحب قابل للتكرار وقابل للضبط
قال وانغ: "وجدنا أن قوة السحب كانت أكبر بثلاث مرات من الضغط الخفيف". "بالإضافة إلى ذلك ، فإن السحب بالليزر قابل للتكرار ، ويمكن ضبط القوة عن طريق تغيير قوة الليزر."
حذر الباحثون من أن هذا العمل ليس سوى دليل على المفهوم وأن العديد من جوانب التقنية ستحتاج إلى تحسين قبل أن تصبح عملية. على سبيل المثال ، هناك حاجة إلى نموذج نظري منتظم للتنبؤ بدقة بقوة سحب الليزر لمعلمات معينة بما في ذلك هندسة الكائن وطاقة الليزر والوسائط المحيطة. يرغب الباحثون أيضًا في تحسين استراتيجية السحب بالليزر بحيث يمكنها العمل مع نطاق أوسع من ضغوط الهواء.
قال وانغ: "يوضح عملنا أن المعالجة المرنة للضوء لجسم مجهري أمر ممكن عندما يتم التحكم في التفاعلات بين الضوء والشيء والوسط بعناية". "يُظهر أيضًا مدى تعقيد تفاعلات مادة الليزر وأن العديد من الظواهر بعيدة عن الفهم على المستويين الكلي والجزئي."
المصدر ينشئ الباحثون شعاعًا ضوئيًا للجرار يسحب الأشياء العيانية
