Als je een lichtstraal op je hand laat schijnen, je voelt niet veel, behalve een klein beetje warmte die door de straal wordt gegenereerd. Als je datzelfde licht in een wereld schijnt die op nano- of microschaal wordt gemeten, het licht wordt een krachtig manipulerend hulpmiddel dat u kunt gebruiken om objecten te verplaatsen - veilig opgesloten in het licht.

Onderzoekers van de Structured Light-groep van de School of Physics aan de University of the Witwatersrand in Johannesburg, Zuid-Afrika, een manier hebben gevonden om de volledige straal van een laserlicht te gebruiken, om minuscule objecten zoals afzonderlijke cellen in een menselijk lichaam te besturen en te manipuleren, kleine deeltjes in de chemie met kleine volumes, of werken aan toekomstige on-chip-apparaten.

Terwijl de specifieke techniek, holografische optische trapping en pincet genoemd, is niet nieuw, de Wits-onderzoekers hebben een manier gevonden om de volledige kracht van het licht optimaal te benutten, inclusief vectorlicht dat voorheen niet beschikbaar was voor deze toepassing. Dit vormt de eerste vector holografische val.

"Voorheen waren holografische vallen beperkt tot bepaalde lichtklassen (scalair licht), dus het is heel opwindend dat we een holistisch apparaat kunnen onthullen dat alle lichtklassen dekt, inclusief het repliceren van alle eerdere vangapparaten, "Professor Andrew Forbes, teamleider van de samenwerking en Distinguished Professor aan de School of Physics waar hij leiding geeft aan het Wits Structured Light Laboratory.

"Wat we hebben gedaan, is dat we het eerste vector holografische optische vang- en pincetsysteem hebben gedemonstreerd. Het apparaat maakt deeltjes van micrometergrootte mogelijk, zoals biologische cellen, om alleen met licht te worden vastgelegd en gemanipuleerd."

Het laatste apparaat zou meerdere deeltjes tegelijk kunnen vangen en verplaatsen, alleen met vectorlichttoestanden. De experimenten voor deze studie werden uitgevoerd door Nkosi Bhebhe als onderdeel van zijn doctoraatsstudies. Het werk is gepubliceerd in Natuur het online tijdschrift, Wetenschappelijke rapporten .

In conventionele optische vang- en pincettensystemen, licht wordt heel strak gefocust in een klein volume dat kleine deeltjes bevat, zoals biologische cellen. Op deze kleine schaal (meestal micro- of nanometer) zijn de krachten die het licht kan uitoefenen aanzienlijk, zodat deeltjes kunnen worden gevangen door het licht en vervolgens worden gecontroleerd. Als het licht wordt bewogen, de deeltjes bewegen mee. Dit idee won de Amerikaanse wetenschapper Arthur Ashkin in 2018 de Nobelprijs voor de natuurkunde. Oorspronkelijk werd het licht mechanisch gestuurd met podia en spiegels, maar het idee werd later verbeterd door het licht holografisch te verplaatsen, dat is, door computergegenereerde hologrammen te gebruiken om het licht te regelen zonder bewegende delen, waardoor de deeltjes worden gecontroleerd. Tot nu toe alleen speciale klassen laserstralen, scalaire stralen genoemd, zou kunnen worden gebruikt in dergelijke holografische vallen.

In hun artikel getiteld "A vector holographic optical trap, "De Wits-onderzoekers lieten zien hoe je elk lichtpatroon holografisch kunt creëren en controleren, en dit vervolgens gebruikten om een ​​nieuw optisch vang- en pincetapparaat te vormen.

"Het apparaat zou met name kunnen werken met zowel traditionele laserstralen (scalaire stralen) als complexere vectorstralen. Vectorstralen zijn zeer actueel en hebben veel toepassingen gevonden, maar tot nu toe was er geen holografische vectorval mogelijk, ', zegt Forbes.

De Wits-onderzoekers demonstreren hun nieuwe valstrik door zowel scalaire als vectorstralen in hetzelfde apparaat holografisch te controleren. het bevorderen van de state-of-the-art en het introduceren van een nieuw apparaat aan de gemeenschap. De groep verwacht dat het nieuwe apparaat nuttig zal zijn in gecontroleerde experimenten in de micro- en nanowereld, inclusief eencellige studies in biologie en geneeskunde, kleine volume chemische reacties, fundamentele fysica en voor toekomstige on-chip-apparaten.

Na eerder te hebben aangetoond dat het mogelijk is om honderden aangepaste lichtpatronen te creëren uit één hologram, het onderzoek brengt hun eerdere werk over holografische controle van licht samen met de toepassing van optische trapping en pincet.