p O movimento impulsionado pela luz é um desafio em ambientes não líquidos, pois os objetos de tamanho micro podem sofrer forte adesão seca para entrar em contato com as superfícies e resistir ao movimento. Em um estudo recente, Jinsheng Lu e colegas de trabalho na Faculdade de Ciências Ópticas e Engenharia, Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação, Escola de Engenharia e Instituto de Tecnologia Avançada da China e Cingapura, desenvolveu um sistema de vácuo e alcançou locomoção rotativa onde um micrômetro do tamanho, placa hexagonal de metal de aproximadamente 30 nm de espessura girava em torno de uma microfibra. Eles alimentaram o motor (placa de fibra) usando uma luz pulsada, que foi guiado na fibra por uma onda de Lamb opticamente excitada. O procedimento possibilitou um motor de geometria de placa-fibra favorável para aplicações optomecânicas na prática; os resultados do estudo agora são publicados em Avanços da Ciência . p A luz pode induzir a rotação mecânica remotamente, instantaneamente e com precisão. A rotação em micro / nanoescala induzida por luz pode gerar aplicações extensas em atuação mecânica, para manipular biomoléculas e entregar cargas. Em ambientes líquidos, os cientistas demonstraram a rotação impulsionada pela luz, transferindo o momento linear e angular para objetos micro-dimensionados. Em ambientes não líquidos, as forças dominantes de adesão impedem o movimento de objetos de tamanho micro. Uma vez que a adesão pode impedir seriamente a operação de motores rotativos acionados por transferência de momento, o líquido é normalmente usado para minimizar impactos indesejados.

p No presente trabalho, Lu et al. desviou desta visão de longa data para relatar sobre um motor acionado por luz, onde as forças de adesão no ar contra-intuitivamente permitiam a rotação. O processo foi auxiliado pela onda de Lamb (uma expansão termoelástica gerada pelo aquecimento plasmônico da luz pulsada absorvida) e pela configuração geométrica da fibra-placa.

p No trabalho, Lu et al. demonstrou um microespelho acionado por luz com uma resolução de varredura de 0,001 graus. Eles controlavam a velocidade de rotação e a resolução de parada do motor (placa de ouro em uma microfibra) variando a taxa de repetição e a onda de pulso na configuração. Os cientistas mostraram o motor crawl passo a passo, com resolução de locomoção sub-nanométrica no experimento. O trabalho oferece potencial de aplicação sem precedentes para integração em sistemas micro-opto-eletromecânicos, mecânica e controles de precisão totalmente ótica do espaço sideral, e como varredura a laser para sistemas lidar em miniatura (sistemas de navegação / mapeamento baseados em luz).

p Para construir as microfibras, Lu et al. usou uma técnica de desenho aquecido a chama e sintetizou a placa de ouro contendo um único cristal com uma superfície lisa atômica, na forma de hexágonos ou triângulos, conforme relatado anteriormente. Em seguida, eles suspenderam experimentalmente a microfibra óptica de desenho fino uniforme no ar, ou aspirar e colocar a placa de ouro nele usando uma sonda. Eles usaram imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) para visualizar o sistema de placa de microfibra. Durante os movimentos instantâneos de ligar / desligar de um laser de onda contínua (CW), os cientistas observaram o movimento azimutal sutilmente fraco da placa de ouro. O movimento foi devido à expansão / contração da placa de ouro, o efeito acidental acionou a distribuição pulsada de uma luz supercontínua na microfibra.

p Usando este processo, os cientistas mostraram como a placa de ouro girava em torno da microfibra conforme os pulsos de luz eram guiados para a configuração onde as forças de Van der Waals eram responsáveis ​​pela aderência da placa à microfibra. Aliás, já que a separação entre a placa de ouro e a microfibra era tão pequena, as forças de Van der Waals tornaram-se dominantes. Quando os cientistas realizaram o mesmo experimento em líquido, as forças de adesão tornaram-se menores, neste caso, a placa de ouro se afastou da microfibra e parou de girar, mostrando a necessidade de forças de adesão para movimento nesta configuração.

p O motor também funcionava a vácuo, onde a pressão do gás era cerca de nove ordens de magnitude menor do que no ar. A velocidade de rotação foi linearmente proporcional à taxa de repetição dos pulsos de luz e aumentou linearmente, para mostrar que um único pulso de luz poderia fazer o motor girar em um ângulo extremamente fino. Lu et al. usou um gerador de forma de onda para produzir um sinal que poderia acionar a fonte de luz para emitir um número específico de pulsos e calculou o ângulo entre a microfibra e a placa usando o método de projeção. Cada pulso de luz acionava o motor para girar em um ângulo constante. Os cientistas confirmaram este resultado com mais experimentos.

p Os cientistas descartaram as forças ópticas como a força motriz durante a rotação, uma vez que o uso de fontes de laser CW de diferentes comprimentos de onda não causou qualquer rotação; apenas uma fonte de luz pulsada com um único comprimento de onda (1064 nm) poderia fazer o motor girar. Indicando que os pulsos desempenharam um papel essencial para gerar movimento. Estudos anteriores mostraram de forma semelhante que a luz pulsada pode excitar fônons coerentes para induzir a expansão e contração da rede, para propagar ondas acústicas induzidas por luz para muitas aplicações práticas em optofluídica e bioimagem.

p Os presentes resultados foram observados especificamente uma vez que Lu et al. gerou uma onda de Lamb induzida por luz pulsada na fina placa de ouro colocada na superfície da microfibra, para mover a placa pela superfície de microfibra. Eles iluminaram o fenômeno explicando que primeiro, quando um laser pulsado é focado em uma linha na superfície de um filme absorvente de luz, ondas acústicas de superfície conhecidas como ondas Rayleigh podem ser geradas. A luz pulsada é então absorvida pelo filme para aquecer localmente a superfície, causando expansão termoelástica para gerar ondas acústicas superficiais que podem limpar partículas adesivas na superfície. A onda Rayleigh e a onda Lamb têm padrões de movimento semelhantes, Portanto, por exemplo, quando a espessura de um filme / placa é menor do que o comprimento de onda de uma onda Rayleigh, a onda Rayleigh fará a transição gradualmente para uma onda Lamb.

p Para obter mais informações sobre o mecanismo, os cientistas conduziram simulações térmicas e elásticas acopladas a elementos finitos. Os resultados confirmaram os resultados experimentais e indicaram que a direção de propagação da onda de Lamb gerada no sistema de placa-microfibra era independente da direção de propagação da luz dentro da microfibra.

p Lu et al. propor o uso do motor em nanoescala assim desenvolvido em uma variedade de campos, incluindo sistemas micro-opto-eletromecânicos no espaço sideral, durante a conversão de energia e na mecânica de alta precisão do vácuo. A placa rotativa também pode ser usada como um microespelho de varredura para desviar um feixe de laser, conforme mostrado no estudo, para digitalização a laser em sistemas lidar em miniatura para mapear o mundo em 3D ou como sistemas de exibição a laser e modulação / comutação óptica para microssistemas integrados. A nova descoberta da locomoção acionada por luz pode abrir uma nova era de condução óptica e manipulação na resolução sub-nanométrica da locomoção para o movimento controlado. O trabalho permitirá que físicos e cientistas de materiais explorem o novo panorama da nanomanipulação óptica em ambientes que requerem um novo paradigma, além da função de base líquida existente. p © 2019 Science X Network