Een internationaal onderzoeksteam heeft een nieuw type gebogen lichtstraal ontdekt, een 'fotonische haak'. Fotonische haken zijn uniek, omdat hun kromtestraal twee keer kleiner is dan hun golflengte. Dit is de kleinste kromtestraal van elektromagnetische golven ooit gemeten. Fotonische haken kunnen de resolutie van optische systemen verbeteren en de beweging van nanodeeltjes regelen, individuele cellen, virussen of bacteriën. De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in Optica Letters en Wetenschappelijke rapporten .

"De fotonische haak wordt gevormd wanneer we een vlakke lichtgolf richten op een diëlektrisch deeltje met een asymmetrische vorm, " zegt Alexander Shalin, hoofd van het International Laboratory of Nano-opto-mechanica aan de ITMO University. "We hebben een deeltje bestudeerd dat een kubus wordt genoemd. Het ziet eruit als een kubus met een prisma aan één kant. Door deze vorm, de tijd van de volledige fase van de golftrillingen varieert onregelmatig in het deeltje. Als resultaat, de uitgestraalde lichtstraal buigt."

Wetenschappers hebben aangetoond dat de kromtestraal van de fotonische haak veel kleiner kan zijn dan de golflengte. De kromming kan ook worden aangepast door de golflengte te variëren, polarisatie van invallend licht en geometrische parameters van het emitterende deeltje. Deze eigenschap kan worden gebruikt om een ​​optisch signaal om te leiden, om de diffractielimiet in optische systemen te overwinnen of om individuele deeltjes op nanoschaal te verplaatsen.

"Dit idee werd aanvankelijk gesuggereerd door onze collega's van de Tomsk State University. Zodra we de nodige berekeningen hadden gemaakt en dit fenomeen beschreven, hebben we besloten om te kijken of een fotonenhaak kan worden gebruikt in de optomechanica, " - zegt Sergey Sukhov, onderzoeker aan de University of Central Florida - "Het bleek dat met een fotonische haak, we kunnen een manipulator maken om deeltjes langs een gebogen pad rond transparante obstakels te verplaatsen. Dit is mogelijk door stralingsdruk en optische gradiëntkracht. Wanneer een deeltje het gebied met de hoogste intensiteit van de bundel raakt, de gradiëntkracht houdt het in de straal terwijl stralingsdruk het langs het gebogen pad van de voortplanting van de energiestroom duwt."

Een dergelijke methode van controle over de beweging van deeltjes is veelbelovend voor optofluïdica. Deze technologie gebruikt lichtstralen om microstromen van opgeloste nano- en microdeeltjes te sturen. Hiermee kunnen wetenschappers microreactoren maken op chips en onderzoeken, bijvoorbeeld, bacteriën, virussen of individuele cellen.

"We gaan nu een experiment doen en proberen bacteriën langs een gebogen baan te bewegen met een fotonische haak, "Vervolgt Alexander. "Allereerst, we moeten de haak zelf in experimentele omstandigheden krijgen. We moeten controleren, bijvoorbeeld, als een substraat onder onze kubus de haakemissie zou beïnvloeden. Vervolgens gaan we een prototype van de microreactor maken en bestuderen hoe deeltjes bewegen."

De theoretische basis voor de komende experimenten omvat twee artikelen die al de aandacht van de wetenschappelijke gemeenschap hebben getrokken. "Het referentieartikel dat de fotonische haak zelf beschrijft, werd gevolgd door een artikel over de optomechanische toepassing ervan, Sergey zegt. "Zelfs voordat de eerste paper werd gepubliceerd, MIT nam het op in zijn wekelijkse overzicht van de meest interessante preprints. Maar het riep ook veel vragen op bij de recensenten. Kort nadat het werd gepubliceerd, het raakte de top downloads op de Optica Letters website. Tegen die tijd, het tweede artikel over optomechanica werd geaccepteerd voor drukwerk. We hopen dat de resultaten van onze experimenten voor nog meer belangstelling zullen zorgen."