Natuurkundigen van de ITMO University hebben een model ontwikkeld van een optische trekstraal om deeltjes op te vangen op basis van nieuwe kunstmatige materialen. Zo'n bundel is in staat om deeltjes of cellen naar de stralingsbron te bewegen. De studie toonde aan dat hyperbolische meta-oppervlakken veelbelovend zijn voor experimenten met het maken van de trekstraal, evenals voor de praktische toepassingen ervan. De resultaten zijn gepubliceerd in ACS Fotonica .

Trekbalken zijn bij velen bekend, dankzij de Star Wars , Star Trek en talloze afbeeldingen van UFO-ontvoeringen. Toch proberen wetenschappers dergelijke stralen in werkelijkheid te bereiken, en er zijn al verschillende manieren om objecten naar een lichtbron te laten bewegen. Tot dusver, echter, deze objecten worden weergegeven door kleine deeltjes en atomen in plaats van hele koeien.

Onderzoekers van de ITMO University stelden onlangs voor om metamaterialen te gebruiken om dergelijke trekbalken te maken. Metamaterialen zijn kunstmatige periodieke structuren met ongebruikelijke optische eigenschappen bestaande uit repetitieve elementen. Bijvoorbeeld, metamaterialen kunnen hyperbolische modi ondersteunen:speciale toestanden van het elektromagnetische veld die optreden wanneer het metamateriaal interageert met licht. Dergelijke toestanden helpen de optische krachten te beheersen die objecten op het materiaaloppervlak beïnvloeden, en, zoals het blijkt, kan helpen om deeltjes naar de lichtbron te verplaatsen.

"Ons werk is volledig gewijd aan het creëren van trekstralen op basis van meta-oppervlakken en aan het bestuderen van de fysica erachter. We ontdekten dat dit effect optreedt als gevolg van de verspreiding van hyperbolische modi in metamaterialen. Dergelijke modi werken als een extra verstrooiing kanaal en, volgens de wet van behoud van impuls, kan het deeltje in de richting van de lichtbron duwen. Tegelijkertijd, metamaterialen hebben een aantal andere voordelen in vergelijking met alternatieve methoden om de trekstraal te verkrijgen. Daarom, meta-oppervlakken zijn handiger voor praktisch gebruik, " zegt Alexander Shalin, het hoofd van het laboratorium voor nano-optomechanica aan de ITMO University.

in 2016, wetenschappers van de ITMO University stelden een ander model van de trekstraal voor op basis van plasmonresonantie en zich voortplantende oppervlakteplasmongolven - oscillaties van het elektronengas nabij het metaaloppervlak. Door het vlakke substraat konden onderzoekers met het hele oppervlak van het materiaal werken in plaats van kleine gebieden, zoals in het klassieke plasmonpincet. Echter, het nieuwe werk toonde aan dat metamaterialen op basis van platte structuren die zowel hyperbolische als plasmonmodi ondersteunen een nog betere basis kunnen worden voor de trekbalken. Meta-oppervlakken en metamaterialen werken met licht in het gehele zichtbare golflengtebereik en zijn beter bestand tegen energieverliezen. Dit alles maakt ze veelbelovend voor de experimentele implementatie van de trekbalken.

"In toekomstige werken, we zijn van plan experimenten uit te voeren om de trekstralen te verkrijgen. Dit is een verplichte stap in de richting van de praktische toepassing van dit fenomeen. In de nabije toekomst, deze technologie zal ons niet helpen om ruimteschepen aan te trekken en koeien te ontvoeren, maar het kan nog steeds worden gebruikt, bijvoorbeeld, om speciale vallen voor deeltjes en cellen te creëren of om selectief chemische reacties uit te voeren, " zegt Alexandra Ivinskaja, de eerste auteur van het artikel.