Các nhà nghiên cứu đã phát triển một cách sử dụng ánh sáng laze để kéo một vật thể vĩ mô. Mặc dù các chùm tia kéo quang học cực nhỏ đã được chứng minh trước đây, nhưng đây là một trong những lần đầu tiên tia laser kéo được sử dụng trên các vật thể lớn hơn.
Ánh sáng chứa cả năng lượng và động lượng có thể được sử dụng cho nhiều loại thao tác quang học khác nhau như bay lên và quay. Ví dụ, nhíp quang học là dụng cụ khoa học thường được sử dụng sử dụng ánh sáng laze để giữ và điều khiển các vật thể nhỏ như nguyên tử hoặc tế bào. Trong mười năm qua, các nhà khoa học đã nghiên cứu một loại thao tác quang học mới: sử dụng ánh sáng laser để tạo ra một chùm máy kéo quang học có thể kéo các vật thể.
“Trong các nghiên cứu trước đây, lực kéo ánh sáng quá nhỏ để kéo một vật thể vĩ mô,” thành viên nhóm nghiên cứu Lei Wang từ Đại học Khoa học và Công nghệ Thanh Đảo, Trung Quốc cho biết. “Với phương pháp mới của chúng tôi, lực kéo đèn có biên độ lớn hơn rất nhiều. Trên thực tế, nó lớn hơn ba bậc độ lớn so với áp suất ánh sáng được sử dụng để điều khiển một cánh buồm mặt trời, vốn sử dụng động lượng của các photon để tạo ra một lực đẩy nhỏ.”
Trong tạp chí quang học nhanh, Wang và các đồng nghiệp chứng minh rằng graphene-SiO vĩ mô2 các vật thể tổng hợp do họ thiết kế có thể được sử dụng để kéo laze trong môi trường khí hiếm. Đây là loại môi trường có áp suất thấp hơn nhiều so với áp suất khí quyển.
“Kỹ thuật của chúng tôi cung cấp khả năng không tiếp xúc và đường dài phương pháp kéo, có thể hữu ích cho các thí nghiệm khoa học khác nhau,” Wang nói. “Môi trường khí hiếm mà chúng tôi sử dụng để chứng minh kỹ thuật này tương tự như những gì được tìm thấy trên sao Hỏa. Do đó, nó có thể có khả năng một ngày nào đó sẽ điều khiển phương tiện hoặc máy bay trên sao Hỏa.”
Tạo đủ lực
Trong công trình mới, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một loại graphene-SiO đặc biệt2 cấu trúc composite đặc biệt cho việc kéo laser. Khi được chiếu tia laze, cấu trúc này tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ đảo ngược, nghĩa là mặt đối diện với tia laze sẽ nóng hơn.
Khi các vật thể làm từ graphene-SiO2 cấu trúc hỗn hợp được chiếu xạ bởi một tia laser, các phân tử khí ở phía sau của chúng nhận được nhiều năng lượng hơn và đẩy vật thể về phía nguồn sáng. Kết hợp điều này với áp suất không khí thấp của môi trường khí hiếm cho phép các nhà nghiên cứu thu được lực kéo laser đủ mạnh để di chuyển vật thể vĩ mô.
Sử dụng thiết bị con lắc xoắn—hoặc quay—làm từ graphene-SiO2 cấu trúc hỗn hợp, các nhà nghiên cứu đã chứng minh hiện tượng kéo laser theo cách có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Sau đó, họ sử dụng một con lắc trọng lực truyền thống để đo định lượng lực kéo của tia laser. Cả hai thiết bị đều dài khoảng XNUMX cm.
Kéo lặp lại, điều chỉnh được
Wang cho biết: “Chúng tôi thấy rằng lực kéo lớn hơn ba bậc độ lớn so với áp suất ánh sáng. “Ngoài ra, việc kéo laze có thể lặp lại và lực có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi công suất laze.”
Các nhà nghiên cứu cảnh báo rằng công việc này chỉ là một bằng chứng về khái niệm và nhiều khía cạnh của kỹ thuật này sẽ cần được cải thiện trước khi nó có thể áp dụng vào thực tế. Ví dụ, một mô hình lý thuyết có hệ thống là cần thiết để dự đoán chính xác lực kéo của tia laze đối với các tham số đã cho bao gồm hình dạng của vật thể, năng lượng tia laze và môi trường xung quanh. Các nhà nghiên cứu cũng muốn cải thiện chiến lược kéo laze để nó có thể hoạt động trong phạm vi áp suất không khí rộng hơn.
Wang cho biết: “Công trình của chúng tôi chứng minh rằng việc điều khiển ánh sáng linh hoạt của một vật thể vĩ mô là khả thi khi các tương tác giữa ánh sáng, vật thể và môi trường được kiểm soát cẩn thận. “Nó cũng cho thấy sự phức tạp của các tương tác vật chất-laser và nhiều hiện tượng còn lâu mới được hiểu ở cả quy mô vĩ mô và vi mô.”
nguồn: Các nhà nghiên cứu tạo ra một chùm máy kéo quang học kéo các vật thể vĩ mô
