Archimedes skrue inspirerer forskere til at udtænke en ny laserstråle, der fanger partikler

Et aktivt forskningsfelt, laseroptisk indfangning virker til at kontrollere bevægelse og position af partikler i forskellige størrelser og former. Evnen til at flytte små partikler på en præcis og kontrolleret måde er vigtig for både grundlæggende og anvendt videnskab. For eksempel, evnen til at kontrollere bevægelsen af ​​enkeltatomer kan bruges til at realisere kvanteberegning, og forskningen bidrager også til undersøgelsen af ​​biologiske prøver og forurenende stoffer.

Nu har forskere ved Tel Aviv University udnyttet en 2, 300-årig vandforskydningsteknologi til at udvikle en ny laserstråle, der fælder og bevæger partikler i bestemte retninger.

"Vi har skabt en lysstråle, der ligner og fungerer som Archimedes 'skrue, "siger Dr. Alon Bahabad fra Physical Optics Laboratory på TAU's School of Electrical Engineering." I stedet for at rejse i en lige linje som almindelige laserstråler, vores stråle består af to spiralformede tråde, ligner formen af ​​DNA, og vi kan bruge denne stråle til at flytte meget små partikler. Strålens rotation bestemmer i hvilken retning partiklerne, hvis størrelse varierer mellem titalls nanometer til omkring 10 mikron, formidles. "

Studiet, offentliggjort i tidsskriftet Optica , blev udført af Dr. Bahabads studerende Barak Hadad, Sahar Froim og Yaniv Eliezer i samarbejde med Dr. Yael Roichman på TAU's School of Chemistry og hendes studerende Harel Bagar og Tamir Admon.

Fra vand til lys

Arkimedes, en græsk videnskabsmand, der levede i det 3. århundrede f.Kr., krediteres for at opfinde en af ​​de første effektive vandpumper:en bredskruet skrue, bøjet omkring en akse indkapslet af en cylinder eller et rør.

"En stor udfordring i optisk laseroptagning er, hvordan partikler flyttes mod en lyskilde, "Dr. Bahabad siger." Dette er et problem, fordi partikler har en tendens til at bevæge sig med lysstrømmen, eller bliver skubbet 'nedstrøms, ' så at sige. Vores mål var at generere en opstrøms bevægelse af fangede partikler for at skabe en 'traktorbjælke'. Vi har gjort netop dette ved at henvise til en gammel idé. "

Arkimedes demonstrerede, at rotationen af ​​en mekanisk skrue forskyder vand langs skruens akse, mod tyngdekraften. "Vi har udviklet en elegant traktorbjælke baseret på denne enkle idé, "Siger Dr. Bahabad." Bevægelsen af ​​fangede partikler i vores tilfælde afhænger af strålens rotation. Hvis du roterer den på en måde, partiklerne skubbes nedstrøms. Drej den den anden vej, og de trækkes opstrøms. "

En stående bølge

Dr. Bahabad og hans team kombinerede forskellige lysstråler for at skabe et interferensmønster kaldet en stående bølge. Sådanne interferensmønstre er kendetegnet ved skiftende lyse og mørke områder. Partikler i bjælkerne blev fanget af luftbevægelse nær partiklerne på grund af varme, der blev afsat af laserstrålen.

"Når partiklen er i et lyst område af strålen, det bliver varmt og skubbes væk af luftmolekyler mod mørkere områder, "siger Dr. Bahabad." Når vi roterer strålen, de mørke områder bevæger sig og bærer de fangede partikler med sig. Sådan fungerer en automat, der har en skrue til at flytte snacks.

"Vi tror, ​​at vores opdagelse kan finde anvendelser inden for biologi, materialevidenskab, spektroskopi eller ethvert felt, der kræver overvågning af forskellige materialer eller biologiske prøver. "