Een actief onderzoeksveld, laser optische trapping werkt om de beweging en positie van deeltjes van verschillende groottes en vormen te regelen. Het vermogen om kleine deeltjes op een precieze en gecontroleerde manier te verplaatsen is belangrijk voor zowel de basis- als de toegepaste wetenschap. Bijvoorbeeld, het vermogen om de beweging van afzonderlijke atomen te regelen kan worden gebruikt om kwantumcomputers te realiseren, en het onderzoek draagt ​​ook bij aan de studie van biologische specimens en verontreinigende stoffen.

Nu hebben wetenschappers van de Universiteit van Tel Aviv een 2, 300 jaar oude waterverdringingstechnologie om een ​​nieuwe laserstraal te ontwikkelen die deeltjes in specifieke richtingen vangt en verplaatst.

"We hebben een lichtstraal gecreëerd die eruitziet en werkt als de schroef van Archimedes, " zegt Dr. Alon Bahabad van het Physical Optics Laboratory van TAU's School of Electrical Engineering. "In plaats van in een rechte lijn te reizen zoals gewone laserstralen, onze straal bestaat uit twee spiraalvormige strengen, vergelijkbaar met de vorm van DNA, en we kunnen deze straal gebruiken om hele kleine deeltjes te verplaatsen. De rotatie van de bundel bepaalt de richting waarin de deeltjes, waarvan de grootte varieert van tientallen nanometers tot ongeveer 10 micron, worden overgebracht."

De studie, gepubliceerd in het tijdschrift optiek , werd uitgevoerd door de studenten van Dr. Bahabad, Barak Hadad, Sahar Froim en Yaniv Eliezer in samenwerking met Dr. Yael Roichman van TAU's School of Chemistry en haar studenten Harel Bagar en Tamir Admon.

Van water naar licht

Archimedes, een Griekse wetenschapper die leefde in de 3e eeuw voor Christus, wordt gecrediteerd met het uitvinden van een van de eerste effectieve waterpompen:een schroef met brede schroefdraad, gebogen rond een as omgeven door een cilinder of een buis.

"Een grote uitdaging bij optische laservangst is hoe deeltjes naar een lichtbron kunnen worden verplaatst, " Dr. Bahabad zegt. "Dit is een probleem omdat deeltjes de neiging hebben om met de lichtstroom mee te bewegen, of stroomafwaarts worden geduwd, ' bij wijze van spreken. Ons doel was om een ​​stroomopwaartse beweging van ingesloten deeltjes te genereren om een ​​'tractorstraal' te creëren. We hebben dit gedaan door te verwijzen naar een oud idee."

Archimedes toonde aan dat de rotatie van een mechanische schroef water verplaatst langs de as van de schroef, tegen de zwaartekracht in. "We hebben een elegante trekstraal ontworpen op basis van dit eenvoudige idee, Dr. Bahabad zegt. "De beweging van ingesloten deeltjes hangt in ons geval af van de rotatie van de straal. Als je het in één richting draait, de deeltjes worden stroomafwaarts geduwd. Draai het de andere kant op, en ze worden stroomopwaarts getrokken."

Een staande golf

Dr. Bahabad en zijn team combineerden verschillende lichtstralen om een ​​interferentiepatroon te creëren dat een staande golf wordt genoemd. Dergelijke interferentiepatronen worden gekenmerkt door afwisselende heldere en donkere gebieden. Deeltjes in de bundels werden gevangen door luchtbeweging in de buurt van de deeltjes als gevolg van warmte die door de laserstraal werd afgezet.

"Als het deeltje zich in een helder deel van de bundel bevindt, het wordt heet en wordt door luchtmoleculen weggeduwd naar donkere gebieden, " zegt Dr. Bahabad. "Als we de straal draaien, de donkere gebieden bewegen en dragen de opgesloten deeltjes met zich mee. Zo werkt een automaat met een schroef voor het verplaatsen van snacks.

"We geloven dat onze ontdekking toepassingen kan vinden in de biologie, materiaalwetenschappen, spectroscopie of elk veld dat monitoring van verschillende materialen of biologische monsters vereist."