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Metavehículos microscópicos impulsados ​​únicamente por luz

Fecha :
28 de septiembre de 2021
Fuente :
Universidad Tecnológica de Chalmers
Resumen :
Los investigadores han logrado crear vehículos diminutos que solo funcionan con luz. Al colocar en capas una metasuperficie óptica sobre una partícula microscópica y luego usar una fuente de luz para controlarla, lograron mover los vehículos diminutos en una variedad de formas complejas y precisas.- e incluso usándolos para transportar otros objetos.
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HISTORIA COMPLETA

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, han logrado crear vehículos diminutos que solo funcionan con luz. Al colocar una metasuperficie óptica sobre una partícula microscópica y luego usar una fuente de luz para controlarla, lograron mover los vehículos diminutos.en una variedad de formas complejas y precisas, e incluso usándolas para transportar otros objetos.

La luz tiene un poder inherente para mover objetos microscópicos, una propiedad que se utilizó anteriormente para desarrollar la idea de investigación ganadora del premio Nobel de las 'pinzas ópticas', que utilizan un rayo láser altamente enfocado para controlar y maniobrar partículas diminutas con una precisión increíble.

Ahora, un grupo de investigación de la Universidad de Tecnología de Chalmers y la Universidad de Gotemburgo ha demostrado cómo incluso una luz desenfocada se puede utilizar para maniobrar partículas microscópicas de manera controlada. Su investigación se publicó recientemente en la revista Nature Nanotechnology.

Los investigadores fabricaron vehículos a una escala de 10 micrómetros de ancho y 1 micrómetro de espesor, una milésima de milímetro. Los vehículos consistían en una partícula diminuta, recubierta con algo conocido como 'metasuperficie'. Las metauperficies son arreglos ultradelgados denanopartículas cuidadosamente diseñadas y ordenadas, adaptadas para dirigir la luz de formas interesantes e inusuales. Ofrecen fascinantes posibilidades de uso en componentes avanzados para aplicaciones ópticas como cámaras, microscopios y pantallas electrónicas. Por lo general, tienden a considerarse como objetos estacionarios, consu uso se ve como la capacidad de controlar y afectar la luz. Pero aquí, los investigadores lo miraron al revés, investigando cómo las fuerzas resultantes del cambio de impulso de la luz podrían usarse para controlar la meta-superficie.

Como dos bolas de billar chocando

Los investigadores tomaron sus vehículos microscópicos, a los que denominaron 'metavehículos', los colocaron en el fondo de un plato de agua y luego utilizaron un láser de enfoque flexible para dirigir una onda plana de luz sobre ellos. Mediante un proceso puramente mecánico:el calor generado por la luz no juega ningún papel en el efecto; los vehículos podrían moverse en una variedad de patrones. Al ajustar la intensidad y la polarización de la luz, los investigadores lograron controlar el movimiento y la velocidad de los vehículos con un altonivel de precisión, navegando en diferentes direcciones y patrones complejos, como cifras de ocho.

"De acuerdo con la tercera ley de Newton, para cada acción hay una reacción igual y opuesta; esto significa que cuando la luz golpea la meta-superficie y se desvía en una nueva dirección, la meta-superficie también se aleja enen la otra dirección. Imagínese jugando al billar, cuando dos bolas chocan entre sí y rebotan en diferentes direcciones. En este caso, los fotones y la meta superficie son como esas dos bolas de billar ", explica Mikael Käll, profesor del Departamento de Física deChalmers University of Technology, coautor del artículo y líder del proyecto de investigación.

Transporte de otros objetos pequeños

"Los metavehículos eran estables y su navegación era altamente predecible y controlable. Con sistemas avanzados de retroalimentación automatizada y un control más sofisticado de la intensidad y polarización de la fuente de luz, sería posible una navegación aún más compleja", explica Daniel Andrén.anteriormente del Departamento de Física de Chalmers y autor principal del estudio.

Los investigadores también experimentaron con el uso de los metavehículos como transportadores, para empujar pequeñas partículas alrededor del tanque. Los metavehículos demostraron ser capaces de transportar objetos como una microesfera de poliestireno y una partícula de levadura a través del agua con facilidad. Incluso lograron empujar un polvopartícula 15 veces el tamaño del propio metavehículo.

Por el momento, las aplicaciones prácticas de este descubrimiento pueden estar muy lejos. Pero la naturaleza fundamental de la investigación significa que su valor puede que aún no sea evidente.

"En la exploración de las fuerzas ópticas, hay muchos efectos interesantes que aún no se comprenden completamente. No son las aplicaciones las que impulsan este tipo de investigación, sino la exploración de las diferentes posibilidades. En varias etapas diferentes por delante, nuncasabemos lo que sucederá. Pero el hecho de que mostramos cómo los metavehículos se pueden utilizar como transportadores es la aplicación potencial más prometedora al principio, por ejemplo, para mover partículas a través de soluciones celulares ", explica Mikael Käll.

Video de los metavehículos en acción : http://www.youtube.com/watch?v=CMkRSquPWk0


Fuente de la historia :

Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Chalmers . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.


Referencia de la revista :

  1. Daniel Andrén, Denis G. Baranov, Steven Jones, Giovanni Volpe, Ruggero Verre, Mikael Käll. Metavehículos microscópicos impulsados ​​y dirigidos por metasuperficies ópticas integradas . Nanotecnología de la naturaleza , 2021; 16 9: 970 DOI: 10.1038 / s41565-021-00941-0

cite esta página :

Universidad Tecnológica de Chalmers. "Metavehículos microscópicos impulsados ​​únicamente por la luz". ScienceDaily. ScienceDaily, 28 de septiembre de 2021. .
Universidad Tecnológica de Chalmers. 2021, 28 de septiembre. Metavehículos microscópicos impulsados ​​únicamente por luz. ScienceDaily . Obtenido el 28 de septiembre de 2021 de www.science-things.com/releases/2021/09/210928075021.htm
Chalmers University of Technology. "Microscopic metavehicles powered by nothing but light". ScienceDaily. Www.science-things.com/releases/2021/09/210928075021.htm consultado el 28 de septiembre de 2021.

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