Físicos da Universidade ITMO desenvolveram um modelo de feixe trator óptico para capturar partículas com base em novos materiais artificiais. Esse feixe é capaz de mover partículas ou células em direção à fonte de radiação. O estudo mostrou que metassuperfícies hiperbólicas são promissoras para experimentos na criação do feixe trator, bem como por suas aplicações práticas. Os resultados são publicados em ACS Photonics .

As vigas do trator são familiares para muitos, graças ao Guerra das Estrelas , Jornada nas Estrelas e incontáveis ​​retratos de sequestros de OVNIs. No entanto, os cientistas estão tentando alcançar esses feixes na realidade, e já existem várias maneiras de fazer os objetos se moverem em direção a uma fonte de luz. Até aqui, Contudo, esses objetos são representados por pequenas partículas e átomos em vez de vacas inteiras.

Pesquisadores da Universidade ITMO sugeriram recentemente o uso de metamateriais para criar tais feixes trator. Metamateriais são estruturas periódicas artificiais com propriedades ópticas incomuns que consistem em elementos repetitivos. Por exemplo, metamateriais podem suportar modos hiperbólicos:estados especiais do campo eletromagnético que surgem quando o metamaterial interage com a luz. Tais estados ajudam a controlar as forças ópticas que influenciam os objetos na superfície do material, e, ao que parece, pode ajudar a mover as partículas em direção à fonte de luz.

“Nosso trabalho é totalmente voltado para a criação de feixes trator baseados em meta-superfícies, bem como para estudar a física por trás deles. Descobrimos que esse efeito aparece devido à propagação de modos hiperbólicos em metamateriais. Tais modos atuam como um espalhamento adicional canal e, de acordo com a lei de conservação do momento, pode empurrar a partícula na direção da fonte de luz. Ao mesmo tempo, metamateriais têm uma série de outras vantagens em comparação com métodos alternativos de obtenção do feixe trator. Portanto, metassuperfícies são mais convenientes para uso prático, "diz Alexander Shalin, o chefe do laboratório de nanooptomecânica da ITMO University.

Em 2016, cientistas da Universidade ITMO propuseram outro modelo de feixe trator baseado na ressonância de plasmon e propagação de ondas de plasmon de superfície - oscilações do gás de elétrons perto da superfície do metal. O substrato plano permitiu aos pesquisadores trabalhar com toda a superfície do material em vez de pequenas áreas, como nas pinças de plasmon clássicas. Contudo, o novo trabalho mostrou que metamateriais baseados em estruturas planas que suportam os modos hiperbólico e plasmon podem se tornar uma base ainda melhor para os feixes trator. Metasuperfícies e metamateriais trabalham com luz em toda a faixa de comprimento de onda do visível e lidam melhor com as perdas de energia. Tudo isso os torna promissores para a implantação experimental das vigas tratoras.

“Em trabalhos futuros, pretendemos realizar experimentos para a obtenção das vigas trator. Esta é uma etapa obrigatória para a aplicação prática desse fenômeno. No futuro próximo, esta tecnologia não nos ajudará a atrair espaçonaves e sequestrar vacas, mas ainda pode ser usado, por exemplo, para criar armadilhas especiais para partículas e células ou para conduzir reações químicas seletivamente, "diz Alexandra Ivinskaya, o primeiro autor do artigo.