Nuevo dispositivo para manipular y mover partículas luz

Nuevo dispositivo para manipular y mover partículas con luz
Cuando haces brillar un haz de luz en tu mano, no sientes mucho, excepto por un poco de calor generado por el haz. Cuando enciendes esa misma en un mundo que se mide en nano o micro escala, la luz se convierte en una poderosa herramienta de manipulación que puedes usar para mover objetos, atrapados de manera segura en la luz.

Investigadores del grupo Structured Light de la Facultad de Física de la Universidad de Witwatersrand en Johannesburgo, Sudáfrica, han encontrado una forma de utilizar el haz completo de un láser para controlar y manipular objetos diminutos como células individuales en un humano. Cuerpo, pequeñas partículas en química de pequeños volúmenes, o trabajando en futuros dispositivos en chip.

Si bien la técnica específica, llamada atrapamiento óptico y holográficos y pinzas, no es nueva, los investigadores de Wits encontraron una manera de utilizar de manera óptima toda la fuerza de la luz, incluida la vectorial que anteriormente no estaba disponible para esta aplicación. Esto forma el primer vector de trampa holográfica.

«Anteriormente, las trampas holográficas se limitaban a clases particulares de luz , por lo que es muy emocionante poder revelar un dispositivo holístico que cubre todas las clases de luz, incluida la replicación de todos los dispositivos de captura anteriores».

Dijo el profesor Andrew Forbes, líder del equipo de el profesor distinguido y colaborador de la Escuela de Física, donde dirige el Laboratorio.

«Lo que hemos hecho es que hemos demostrado el primer sistema de pinzamiento y pinzas con tecnología holográfica vectorial. El dispositivo permite que partículas de tamaño micrométrico, como las células biológicas, sean capturadas y manipuladas solo con luz».

El dispositivo final podría atrapar múltiples partículas a la vez y moverlas solo con estados vectoriales. Los experimentos para este estudio fueron realizados por Nkosi Bhebhe como parte de sus estudios de doctorado. El trabajo se publica en la revista en línea de Nature, Scientific Reports .

En los sistemas convencionales de atrapamiento óptico y pinzas, la luz se enfoca muy estrechamente en un pequeño volumen que contiene partículas pequeñas, como las células biológicas.

A esta pequeña escala (típicamente micro o nanómetros), las fuerzas que la luz puede ejercer son significativas, por lo que las partículas pueden ser atrapadas luego controladas.

A medida que la luz se mueve, las partículas se moverán con ella. Esta idea le ganó al científico estadounidense Arthur Ashkin.

El premio Nobel de Física de 2018. Originalmente, se controlaba mecánicamente con escenarios y espejos, pero luego se mejoró la idea al mover la luz holográficamente, es decir, al usar hologramas generados por computadora para controlar sin mover partes, controlando así las partículas.

En su artículo titulado: Una trampa óptica holográfica vectorial, los investigadores de Wits demostraron cómo crear y controlar holográficamente cualquier patrón de luz, y luego lo utilizaron para formar un nuevo dispositivo óptico de atrapamiento y pinzas.

«En particular, el dispositivo podría funcionar tanto con los rayos láser tradicionales (haces escalares) como con los haces vectoriales más complejos. Los haces vectoriales son altamente tópicos y han encontrado muchas aplicaciones, pero hasta ahora no era posible ninguna trampa holográfica vectorial», dice Forbes.

Los investigadores de Wits demuestran su nueva trampa mediante el control holográfico de haces escalares y de vectores en el mismo dispositivo, avanzando en el estado de la técnica e introduciendo un nuevo dispositivo a la comunidad.

Habiendo demostrado previamente que es posible crear cientos de patrones de luz personalizados a partir de un holograma, la investigación reúne su trabajo anterior sobre el control holográfico de la luz con la aplicación de atrapamiento óptico y pinzas.

Cómo funciona una trampa óptica holográfica

La materia, digamos una pequeña partícula, queda atrapada. Cuando la luz es movida por espejos o etapas mecánicas, la partícula se mueve con ella.

Esto se conoce como atrapamiento óptico (captura de la partícula) y pinzas ópticas, moviendo la partícula como con pinzas, pero en este caso pinzas hechas de luz.

Con los moduladores espaciales se podrían codificar patrones, estructurados y mover esos patrones alrededor de la trampa, de modo que muchas partículas podrían atraparse y moverse simultáneamente.

Esto abrió muchos nuevos campos emocionantes, pero las trampas ópticas holográficas finales (HOT) se limitaron a solo haces escalares, una pequeña fracción de lo que era posible.

La otra clase de haces ópticos, estados vectoriales, se consideró que no era posible controlar holográficamente. Con el nuevo vector HOT, ahora se pueden usar todos los estados de luz. El tiempo determinará lo que esto significa para la comunidad en general.

Leave a Reply