Pesquisadores criam um raio trator óptico que puxa objetos macroscópicos: expandir a tração do laser além da escala microscópica pode ser útil para aplicações científicas e espaciais

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Os pesquisadores desenvolveram uma maneira de usar a luz do laser para puxar um objeto macroscópico. Embora feixes tratores ópticos microscópicos tenham sido demonstrados antes, esta é uma das primeiras vezes que a tração a laser foi usada em objetos maiores.

A luz contém energia e momento que podem ser usados ​​para vários tipos de manipulação óptica, como levitação e rotação. As pinças ópticas, por exemplo, são instrumentos científicos comumente usados ​​que usam luz laser para segurar e manipular objetos minúsculos, como átomos ou células. Nos últimos dez anos, os cientistas têm trabalhado em um novo tipo de manipulação óptica: usar luz laser para criar um raio trator óptico capaz de puxar objetos.

“Em estudos anteriores, a força de atração da luz era muito pequena para atrair um objeto macroscópico”, disse o membro da equipe de pesquisa Lei Wang, da Universidade de Ciência e Tecnologia de QingDao, na China. “Com nossa nova abordagem, a força de atração da luz tem uma amplitude muito maior. Na verdade, é mais de três ordens de magnitude maior do que a pressão da luz usada para impulsionar uma vela solar, que usa o momento dos fótons para exercer um pequeno impulso. força.”

Na revista Optica Publishing Group Optics ExpressWang e colegas demonstram que o grafeno-SiO macroscópico2 os objetos compostos que eles projetaram podem ser usados ​​para extração a laser em um ambiente de gás rarefeito. Este tipo de ambiente tem uma pressão muito inferior à pressão atmosférica.

“Nossa técnica fornece uma abordagem de tração sem contato e de longa distância, que pode ser útil para vários experimentos científicos”, disse Wang. “O ambiente de gás rarefeito que usamos para demonstrar a técnica é semelhante ao encontrado em Marte. Portanto, pode ter potencial para um dia manipular veículos ou aeronaves em Marte.”

Criando força suficiente

No novo trabalho, os pesquisadores projetaram um grafeno-SiO especial2 estrutura composta especificamente para tração a laser. Quando irradiada com um laser, a estrutura cria uma diferença de temperatura invertida, o que significa que o lado oposto ao laser fica mais quente.

Quando objetos feitos de grafeno-SiO2 estrutura composta são irradiados por um feixe de laser, as moléculas de gás em seu verso recebem mais energia e empurram o objeto em direção à fonte de luz. A combinação disso com a baixa pressão de ar de um ambiente de gás rarefeito permitiu que os pesquisadores obtivessem uma força de tração do laser forte o suficiente para mover objetos macroscópicos.

Usando um dispositivo de pêndulo de torção – ou giro – feito de grafeno-SiO2 estrutura composta, os pesquisadores demonstraram o fenômeno de puxar o laser de uma forma que era visível a olho nu. Eles então usaram um pêndulo de gravidade tradicional para medir quantitativamente a força de tração do laser. Ambos os dispositivos tinham cerca de cinco centímetros de comprimento.

Tração repetível e sintonizável

“Descobrimos que a força de tração era mais de três ordens de magnitude maior que a pressão leve”, disse Wang. “Além disso, a tração do laser é repetível e a força pode ser ajustada alterando a potência do laser.”

Os pesquisadores alertam que este trabalho é apenas uma prova de conceito e que muitos aspectos da técnica precisariam ser melhorados antes de se tornarem práticos. Por exemplo, um modelo teórico sistemático é necessário para prever com precisão a força de tração do laser para determinados parâmetros, incluindo a geometria do objeto, a energia do laser e a mídia circundante. Eles também gostariam de melhorar a estratégia de extração a laser para que ela funcione em uma faixa mais ampla de pressões de ar.

“Nosso trabalho demonstra que a manipulação de luz flexível de um objeto macroscópico é viável quando as interações entre a luz, o objeto e o meio são cuidadosamente controladas”, disse Wang. “Também mostra a complexidade das interações laser-matéria e que muitos fenômenos estão longe de serem compreendidos tanto em escala macro quanto em escala micro”.

Com informações de Science Daily.

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