UMA, Conduzir a locomoção de uma placa retangular em uma superfície de fricção por meio de excitações de ondas elásticas por absorção óptica pulsada. Tabela:relações entre os estados de movimento da placa, (instantâneo) potência de luz absorvida efetiva, força de atrito e ondas elásticas. B, Estrutura de banda de modos de guia de ondas elástico em uma placa de ouro (largura, w =4 μm; altura, h =60 nm). Inserções:perfis modais dos modos elásticos fundamentais na frequência estática (as setas especificam as direções das oscilações elásticas). C, Deslocamento deslizante da superfície de contato da placa de ouro (o mesmo que em B; painel inferior) na direção z conduzido por um pulso óptico de nanossegundos (painel superior) com resistência ao deslizamento por fricção Fslide =2,7 μN. D, Deslocamento deslizante estabilizado em função da resistência ao deslizamento, Fslide. E, Esboço do movimento espiral observado experimentalmente. F, Sequenciamento temporal de imagens ópticas de uma placa de ouro hexagonal movendo-se em espiral em torno de uma microfibra. A fibra tem um diâmetro de 2 μm e o comprimento lateral e a espessura da placa são 27,72 μm e 30 nm, respectivamente. G, Cosseno do ângulo de rotação Φrot (painéis superiores), deslocamento de translação (painéis inferiores) em função do tempo para placas de ouro com hexagonais, circular, e formas de base retangulares. Todas as barras de escala representam 15 μm. Os pulsos de laser super-contínuo usados têm potência média de 6,8 mW, Largura temporal de 3 ns e taxa de repetição de 6,13 kHz. Crédito:Weiwei Tang, Wei Lv, Jinsheng Lu, Fengjiang Liu, Jiyong Wang, Wei Yan, e Min Qiu
Realizar a manipulação óptica de micro-objetos em ambientes não líquidos é um desafio devido à forte força de atrito (~ µN) que torna a força óptica (~ pN) insignificante. Em direção a esse objetivo, cientistas da Universidade de Westlake, na China, demonstraram movimentos espirais de objetos microscópicos em superfícies secas impulsionados por pulsos de laser de nanossegundos. Eles revelaram o mecanismo subjacente relacionado às interações entre as ondas termoelásticas e a força de atrito. Os resultados abrem caminho para o desenvolvimento futuro de atuadores microscópicos em ambientes não líquidos.
A chave do acionamento está em explorar ondas termoelásticas induzidas por absorção óptica pulsada em micro-objetos absortivos para superar a força de atrito.
Nesse artigo, publicado em Light:Ciência e Aplicações , é formulada uma teoria que leva em consideração as interações microscópicas entre a força de atrito e as ondas elásticas termicamente excitadas, que apresenta uma equação preditiva para a potência óptica limite necessária para superar a resistência ao atrito. Os pesquisadores descobriram que a absorção óptica pulsada em nanossegundos com potência de pico na escala mW é suficiente para domar a força de atrito na escala µN e permitir a atuação. Com novos insights teóricos, eles demonstraram experimentalmente o movimento espiral bidimensional de placas de ouro em microfibras conduzido por pulsos de laser de nanossegundos. Além disso, foi descoberto que a direção do movimento é controlável ajustando mecanicamente as posições relativas e as configurações de contato entre as placas e microfibras, e a velocidade do movimento pode ser ajustada alterando as taxas de repetição do pulso e a potência do pulso.
Em relação às aplicações potenciais, os autores explicaram que "o esquema de atuação proposto pode, em princípio, encontrar aplicações práticas em vários campos que requerem a manipulação precisa de micro-objetos em ambientes não líquidos. Por exemplo, integrando nossa técnica com uma rede acoplada de guia de onda on-chip, pode-se, em princípio, alcançar a modulação óptica ajustando as posições de uma placa de ouro no topo do guia de ondas para controlar a transmissão do guia de ondas por meio do acoplamento de sintonia entre os guias de ondas próximos. Além disso, também pode ser usado para transportar partículas dielétricas fixadas à superfície de uma placa de ouro ao longo de uma microfibra / nanofio, que é essencial em tecnologias de laboratório em um chip, por exemplo., para aplicações em ciências da vida. "
