Crédito: Wits University
Quando você acende um raio de luz em sua mão, não sente muito, exceto por um pouco de calor gerado pelo feixe. Quando você ilumina essa mesma luz em um mundo que é medido na escala nano ou micro, a luz se torna uma poderosa ferramenta de manipulação que você pode usar para mover objetos ao redor - presos com segurança na luz.
Pesquisadores do grupo de Luz Estruturada da Escola de Física da Universidade de Witwatersrand, em Johannesburgo, na África do Sul, descobriram uma maneira de usar o raio de luz de um laser , para controlar e manipular objetos minúsculos, como células individuais em um ser humano. corpo, pequenas partículas em química de pequeno volume, ou trabalhando em futuros dispositivos no chip.
Embora a técnica específica, chamada trapping e pinça óptica holográfica, não seja nova, os pesquisadores do Wits encontraram uma maneira de otimizar o uso da força total da luz - incluindo a luz de vetor que anteriormente não estava disponível para esta aplicação. Isso forma a primeira armadilha holográfica vetorial.
"Anteriormente armadilhas holográficas foram limitadas a classes específicas de luz (escalar luz), por isso é muito emocionante que podemos revelar um dispositivo holístico que abrange todas as classes de luz, incluindo a replicação de todos os dispositivos de captura anteriores", Professor Andrew Forbes, líder da equipe a colaboração e Distinguished Professor na Escola de Física, onde ele lidera o Wits Structured Light Laboratory.
"O que fizemos foi que demonstramos o primeiro sistema de captura e de pinçamento óptico holográfico vetorial. O dispositivo permite que partículas de tamanho micrométrico, como células biológicas, sejam capturadas e manipuladas somente com luz".
Crédito: Wits University
O dispositivo final poderia capturar várias partículas de uma vez e movê-las apenas com os estados de luz do vetor. Os experimentos para este estudo foram realizados por Nkosi Bhebhe como parte de seus estudos de doutorado. O trabalho é publicado na revista on-line da Nature , Scientific Reports .
Nos sistemas convencionais de captura e pinça óptica, a luz é focada de maneira muito compacta em um pequeno volume que contém pequenas partículas, como as células biológicas. Nesta pequena escala (tipicamente micro ou nanômetros) as forças que a luz pode exercer são significativas, de modo que as partículas podem ser capturadas pela luz e então controladas. Quando a luz é movida, as partículas se movem com ela. Essa idéia ganhou o cientista americano Arthur Ashkin, o prêmio Nobel de Física de 2018. Originalmente, a luz era controlada mecanicamente com estágios e espelhos, mas a idéia foi melhorada movendo-se a luz ao redor holograficamente, isto é, usando hologramas gerados por computador para controlar a luz sem partes móveis, controlando assim as partículas.. Até agora, somente classes especiais de feixes de laser, chamadas feixes escalares, poderiam ser usadas em tais armadilhas holográficas.
Em seu artigo intitulado "Uma armadilha óptica holográfica vetorial", os pesquisadores de Wits mostraram como criar e controlar qualquer padrão de luz holograficamente, e depois usaram isso para formar um novo dispositivo de captura e de pinça óptica.
"Em particular, o dispositivo poderia trabalhar tanto com feixes de laser tradicionais (feixes escalares) quanto com feixes de vetores mais complexos. Os feixes de vetor são altamente tópicos e encontraram muitas aplicações, mas nenhuma armadilha holográfica de vetor foi possível até agora", diz Forbes.
Os pesquisadores do Wits demonstram sua nova armadilha controlando holograficamente os feixes escalares e vetoriais no mesmo dispositivo, avançando o estado da arte e introduzindo um novo dispositivo para a comunidade. O grupo espera que o novo dispositivo seja útil em experimentos controlados em micro e nano-mundos, incluindo estudos de célula única em biologia e medicina, reações químicas de pequeno volume, física fundamental e para futuros dispositivos on- chip .
Tendo mostrado anteriormente que é possível criar centenas de padrões de luz personalizados a partir de um holograma, a pesquisa reúne seu trabalho anterior no controle holográfico da luz com a aplicação de captura e pinça óptica.
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