חוקרים פיתחו דרך להשתמש באור לייזר כדי למשוך אובייקט מקרוסקופי. למרות שקורות טרקטור אופטיות מיקרוסקופיות הודגמו בעבר, זו אחת הפעמים הראשונות שבהן נעשה שימוש במשיכת לייזר על עצמים גדולים יותר.

האור מכיל גם אנרגיה וגם מומנטום שניתן להשתמש בהם לסוגים שונים של מניפולציות אופטיות כגון ריחוף וסיבוב. פינצטה אופטית, למשל, הם מכשירים מדעיים נפוצים המשתמשים באור לייזר כדי להחזיק ולתפעל עצמים זעירים כמו אטומים או תאים. בעשר השנים האחרונות, מדענים עובדים על סוג חדש של מניפולציה אופטית: שימוש  ליצור קרן טרקטור אופטית שיכולה למשוך חפצים.

"במחקרים קודמים, כוח משיכת האור היה קטן מכדי למשוך אובייקט מקרוסקופי", אמר חבר צוות המחקר ליי וואנג מאוניברסיטת צ'ינגדאו למדע וטכנולוגיה בסין. "עם הגישה החדשה שלנו, לכוח משיכת האור יש משרעת הרבה יותר גדולה. למעשה, הוא גדול יותר משלושה סדרי גודל מהלחץ הקל המשמש להנעת מפרש שמש, שמשתמש במומנטום של פוטונים כדי להפעיל כוח דחיפה קטן".

בכתב העת אופטיקה אקספרס, וואנג ועמיתיו מדגימים כי גרפן-SiO מקרוסקופי2 חפצים מרוכבים שהם עיצבו יכולים לשמש למשיכת לייזר בסביבת גז נדיר. בסביבה מסוג זה יש לחץ נמוך בהרבה מלחץ אטמוספרי.

"הטכניקה שלנו מספקת ללא מגע ו  גישת משיכה, שעשויה להיות שימושית עבור ניסויים מדעיים שונים", אמר וואנג. "סביבת הגז הנדיר בה השתמשנו כדי להדגים את הטכניקה דומה למה שנמצא על מאדים. לכן, ייתכן שיהיה לזה פוטנציאל לתפעל יום אחד כלי רכב או מטוסים על מאדים."

יצירת מספיק כוח

בעבודה החדשה, החוקרים תכננו גרפן-SiO מיוחד2 מבנה מורכב במיוחד למשיכת לייזר. כאשר מוקרנים בלייזר, המבנה יוצר הפרש טמפרטורה הפוך, כלומר הצד הפונה מהלייזר מתחמם יותר.

כאשר עצמים עשויים מהגרפן-SiO2 מבנה מרוכב מוקרנים על ידי א , מולקולות גז בצד האחורי שלהן מקבלות יותר אנרגיה ודוחפות את האובייקט לכיוון מקור האור. השילוב של זה עם לחץ האוויר הנמוך של סביבת גז מודר אפשר לחוקרים להשיג כוח משיכת לייזר חזק מספיק כדי לנוע .

באמצעות מכשיר מטוטלת פיתול או סיבוב העשוי מהגרפן-SiO שלהם2 מבנה מורכב, החוקרים הדגימו את תופעת משיכת הלייזר באופן שנראה לעין בלתי מזוינת. לאחר מכן הם השתמשו במטוטלת כבידה מסורתית כדי למדוד כמותית את כוח משיכת הלייזר. אורכם של שני המכשירים היה כחמישה סנטימטרים.

משיכה ניתנת לחזרה

"מצאנו שכוח המשיכה היה גדול יותר משלושה סדרי גודל מהלחץ הקל", אמר וואנג. "בנוסף, ניתן לחזור על משיכת הלייזר, וניתן לכוון את הכוח על ידי שינוי עוצמת הלייזר."

החוקרים מזהירים כי עבודה זו היא רק הוכחה לקונספט וכי היבטים רבים של הטכניקה יצטרכו שיפור לפני שהיא תהיה מעשית. לדוגמה, יש צורך במודל תיאורטי שיטתי כדי לחזות במדויק את כוח משיכת הלייזר עבור פרמטרים נתונים, כולל הגיאומטריה של האובייקט, אנרגיית הלייזר והמדיה הסובבת. החוקרים היו רוצים גם לשפר את אסטרטגיית משיכת הלייזר כך שתוכל לעבוד עבור מגוון רחב יותר של לחצי אוויר.

"העבודה שלנו מוכיחה כי מניפולציה גמישה של אור של אובייקט מקרוסקופי אפשרי כאשר האינטראקציות בין האור, האובייקט והמדיום נשלטות בקפידה", אמר וואנג. "זה גם מראה את המורכבות של אינטראקציות לייזר-חומר ושהרבה תופעות רחוקות מלהיות מובנות הן בקנה מידה מאקרו והן במיקרו".

 

מקור: חוקרים יוצרים קרן טרקטור אופטית המושכת עצמים מקרוסקופיים

לתרגם "