Физики из России "закрутили" свет и превратили его в крючок для бактерий
Российские и зарубежные физики открыли новый вид искривленных пучков света и превратили их в своеобразный "крючок", которым можно ловить бактерий и манипулировать положением наночастиц в пространстве, сообщает пресс-служба Университета ИТМО.
"Сейчас мы собираемся сделать эксперимент по перемещению бактерий по искривленной траектории при помощи фотонного крюка. Сначала нужно получить сам крючок и проверить, как на него будет влиять, например, подложка, на которой мы располагаем кубоид. Затем мы сделаем прототип микрореактора и посмотрим, как будет двигаться частица", - рассказывает Александр Шалин, физик из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге.
Еще со времен античности ученые считали, что волны и частицы света могут двигаться только по прямой линии, меняя траекторию своего движения при взаимодействии с различными предметами окружающего мира или оптическими приборами. Примерно полвека назад известный британский физик Майкл Берри теоретически показал, что это не совсем так. Он обнаружил, что при определенных обстоятельствах луч света будет двигаться не по прямой, а по параболе.
Долгое время ученые считали, что это возможно только в теории, однако в 2007 году физики из университета Флориды смогли получить первый "закрученный" луч света, используя новые оптические метаматериалы. Он был назван "лучом Эйри" в честь британского математика Джорджа Эйри, выяснившего, почему световые блики на дне стеклянного стакана или мелководного моря "закручиваются" в дуги и другие необычные структуры.
Шалин и его коллеги, совместно с учеными из США, Великобритании и Израиля, открыли новый тип подобных "загнутых" лучей, фотонный крюк, экспериментируя с наночастицами из диэлектрических материалов, имеющих необычную форму.
"Мы исследовали частицу под названием кубоид. Она выглядит как куб с призмой, расположенной с одной из сторон. Из-за такой формы в частице неравномерно изменяется время полной фазы колебаний оптической волны. В итоге на выходе из частицы получается искривленный световой пучок", - объясняет Шалин.
Дальнейшие эксперименты с этими наночастицами показали, что ученые могут гибко управлять тем, как сильно будет поляризован и "закручен" свет, а также менять другие его свойства, в том числе и то, как сильно и куда он будет толкать материальные объекты при столкновении с ними.
Как оказалось, подобные лучи можно использовать в качестве своеобразного светового "крючка", который будет одновременно удерживать микроскопический объект и толкать его в определенную сторону не по прямой линии, а по параболической или произвольной траектории. Это позволяет двигать объекты, находящиеся за прозрачными препятствиями.
Подобные лучи, по мнению физиков, найдут свое применение при изучении микробов и объектов наномира, манипуляции которыми раньше были сильно затруднены. В отличие от "обычных" лучей Эйри, для выработки которых нужно громоздкое и сложное оборудование, подобные "фотонные крючки" можно получать, используя лишь лазеры и наночастицы из обычного стекла, что заметно расширит их применимость на практике, заключают авторы статьи.
