Nanotecnologia

Anzol de luz pesca nanopartículas

Gancho fotônico: Anzol de luz pesca nanopartículas
Modelo da partícula, alvejada por um pulso de laser, emitindo um novo tipo de feixe curvo de luz. [Imagem: Angeleene S. Ang et al. - 10.1038/s41598-018-20224-4]

Anzol de luz

Não é de hoje que a luz faz curvas sem truques e sem manipulações, o que permitiu abrir um estranho mundo novo da luz, como a viabilização dos raios tratores - por enquanto apenas em microescala.

Agora tudo ficou ainda mais versátil, com a criação do que Angeleene Ang e seus colegas da Universidade ITMO, na Rússia, chamam de "gancho fotônico", uma espécie de anzol feito de luz.

Os ganchos fotônicos são diferentes das técnicas de convencer a luz a fazer curvas porque seu raio de curvatura é duas vezes menor que seu comprimento de onda - este é o menor raio de curvatura das ondas eletromagnéticas já registrado.

Esses anzóis de luz prometem melhorar a resolução de sistemas ópticos e controlar o movimento de nanopartículas, células individuais, vírus ou bactérias, trazendo uma versatilidade inédita para os raios tratores de luz - há também raios tratores sônicos e raios tratores aquáticos.

Luz que faz curvas

Durante muito tempo, os cientistas alegaram que a radiação eletromagnética só se propagava ao longo de uma linha reta; no entanto, em 2007, a existência de um raio eletromagnético curvo foi confirmada experimentalmente. Até agora considerado um exemplo único de raio curvo, ele foi apelidado de "feixe Airy", em referência a George Biddell Airy, que desenvolveu uma integral para explicar a óptica por trás dos arco-íris.

O gancho fotônico é outro exemplo singular de raio óptico que faz curvas - e que curvas.

"O gancho fotônico é formado quando direcionamos uma onda de luz plana para uma partícula dielétrica de formato assimétrico. Estudamos uma partícula chamada cuboide. Ela tem a aparência de um cubo com um prisma de um lado. Devido a essa forma, o tempo da fase completa das oscilações de onda varia irregularmente na partícula. Como resultado, o feixe de luz emitido se dobra," explica o professor Alexander Shalin.

Gancho fotônico: Anzol de luz pesca nanopartículas
Este é apenas o segundo tipo "puro" de onda de luz que faz curvas que se conhece. [Imagem: Angeleene S. Ang et al. - 10.1038/s41598-018-20224-4]

Pressão de radiação e força óptica

O raio de curvatura do gancho fotônico pode ser muito menor que seu comprimento de onda. A curvatura também pode ser ajustada variando-se o comprimento de onda, a polarização da luz incidente, bem como os parâmetros geométricos da partícula emissora - neste caso o cuboide, que pode ser visto na ilustração no início da matéria.

Essa versatilidade pode ser usada, por exemplo, para redirecionar um sinal óptico, para superar o limite de difração em sistemas ópticos ou para mover partículas individuais em nanoescala.

"Acontece que, usando um gancho fotônico, podemos fazer um manipulador para mover partículas ao longo de um caminho curvo ao redor de obstáculos transparentes. Isso é possível devido à pressão de radiação e ao gradiente de força óptica. Quando alguma partícula atinge a região de maior intensidade do feixe, o gradiente de força a mantém dentro do feixe, enquanto a pressão de radiação a empurra ao longo do caminho curvo de propagação do fluxo de energia," detalhou o professor Sergey Sukhov.

Esse novo método de controle sobre o movimento de partículas é promissor para a optofluídica, a versão de luz da microfluídica. Essa tecnologia usa feixes de luz para direcionar microcorrentes de partículas em escala micro e nano dissolvidas em um líquido. Isso permite fazer microrreatores e biochips e investigar, por exemplo, bactérias, vírus ou células individuais.

Bibliografia:

Photonic Hook based optomechanical nanoparticle manipulator
Angeleene S. Ang, Alina Karabchevsky, Igor V. Minin, Oleg V. Minin, Sergey V. Sukhov, Alexander S. Shalin
Nature Scientific Reports
Vol.: 8, Article number: 2029
DOI: 10.1038/s41598-018-20224-4




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