Новости

Российские физики разработали оптический пылесос для наночастиц

16 сентября 2019 Рубрика: Новости организаций Ключевые слова: исследования, физика, наночастицы, оптический пылесос, оборудование

Физики разработали оптический пылесос, который втягивает в себя наночастицы. Это устройство состоит из диэлектрического куба с прорезью, облучаемой волной, длина которой совпадает со стороной куба. Работоспособность предложенного прибора ученые проверили с помощью численных расчетов.

Классическая оптика утверждает, что микроскоп может разглядеть только достаточно большие объекты, размер которых превышает половину длины волны используемого излучения. В частности, с помощью видимого света можно разглядеть детали не меньше нескольких сот нанометров, с помощью рентгена разрешение можно понизить до нескольких нанометров, а с помощью электронов (которые тоже ведут себя как волны) — до сотых долей нанометра. Это ограничение возникает из-за дифракции волн, которая не позволяет сфокусировать их в пятнышко с диаметром меньше половины длины волны. Поэтому физики называет его дифракционным пределом.

Тем не менее, около десяти лет назад физики научились обходить ограничения, накладываемые волновой природой света, с помощью хитро спроектированных наноразмерных приборов. В настоящее время дифракционный предел можно нарушить с помощью трехмерных дифракционных линз, линз на основе фотонных кристаллов и плазмонных линз с рядами нанометровых прорезей. В частности, один из простейших приборов, нарушающих дифракционный предел — это микрочастица с небольшим отверстием, вырезанным на ее теневой стороне. Численные расчеты показывают, что с помощью такой микрочастицы можно сфокусировать свет в пятнышко диаметром около 1/40 от длины волны света. При этом форма частицы роли практически не играет.

Группа физиков под руководством Игоря Минина обнаружила еще одно необычное свойство таких микрочастиц — оказалось, что сложная конфигурация электромагнитных полей, которая образуется при рассеянии света на частице, втягивает в отверстие более мелкие пылинки и превращает микрочастицу в оптический пылесос.

Авторы статьи подчеркивают, что до сих пор не существует дешевых и доступных приборов, которые эффективно захватывают наночастицы. Поэтому предложенное ими устройство может стать одним из первых в этой области. В частности, ученые предлагают использовать его для очистки воздуха биомедицинских лабораторий от нежелательных примесей. Впрочем, сначала исследователям придется подтвердить верность своих расчетов в полноценном эксперименте.

Статья опубликована в Scientific Reports.

Схематическое изображение микрочастицы, с которой работали физики. Igor Minin et al./Scientific Reports, 2019

Схематическое изображение микрочастицы, с которой работали физики. Igor Minin et al./Scientific Reports, 2019

Численно рассчитанная интенсивность света внутри и около сплошного куба (а) и куба с отверстием (b)

Численно рассчитанная интенсивность света внутри и около сплошного куба (а) и куба с отверстием (b)

Численно рассчитанный вектор Пойнтинга внутри и около сплошного куба (а) и куба с отверстием (b)

Численно рассчитанный вектор Пойнтинга внутри и около сплошного куба (а) и куба с отверстием (b)

Принцип работы «оптического пылесоса» (a); результирующая сила, действующая на наночастицу, помещенную около сплошного куба (b) и куба с отверстием (c)

Принцип работы «оптического пылесоса» (a); результирующая сила, действующая на наночастицу, помещенную около сплошного куба (b) и куба с отверстием (c)

Добавить комментарий

  • 30
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • 10
  • 11
  • 12
  • 13
  • 14
  • 15
  • 16
  • 17
  • 18
  • 19
  • 20
  • 21
  • 22
  • 23
  • 24
  • 25
  • 26
  • 27
  • 28
  • 29
  • 30
  • 31
  • 1
  • 2
  • 3