recuerdan el "haz del tractor" en Star Trek: se pueden usar haces de luz especiales para manipular moléculas o pequeñas partículas biológicas. Incluso los virus o las células se pueden capturar o mover. Sin embargo, estas pinzas ópticas solo funcionan con objetos vacíosespacio o en líquidos transparentes. Cualquier entorno perturbador desviaría las ondas de luz y destruiría el efecto. Esto es un problema, en particular con muestras biológicas porque generalmente están incrustadas en un entorno muy complejo.
Pero los científicos de TU Wien Viena ahora han demostrado cómo se puede hacer necesaria la virtud: se desarrolló un método de cálculo especial para determinar la forma de onda perfecta para manipular partículas pequeñas en presencia de un entorno desordenado. Esto hace posiblesostenga, mueva o rote las partículas individuales dentro de una muestra, incluso si no se pueden tocar directamente. El haz de luz a medida se convierte en un control remoto universal para todo lo pequeño. Los experimentos de microondas ya han demostrado que el método funciona. La nueva tecnología de pinzas ópticasahora se ha presentado en la revista Fotónica de la naturaleza .
Pinzas ópticas en entornos desordenados
"Usar rayos láser para manipular la materia ya no es nada inusual", explica el profesor Stefan Rotter, del Instituto de Física Teórica de TU Wien. En 1997, se otorgó el Premio Nobel de Física a los rayos láser que enfrían los átomos al ralentizarlosEn 2018, otro Premio Nobel de Física reconoció el desarrollo de pinzas ópticas.
Pero las ondas de luz son sensibles: en un entorno desordenado e irregular, pueden desviarse de una manera muy complicada y dispersarse en todas las direcciones. Una onda de luz simple y plana se convierte en un patrón de onda complejo y desordenado. Esto cambia completamente la formala luz interactúa con una partícula específica.
"Sin embargo, este efecto de dispersión se puede compensar", dice Michael Horodynski, primer autor del artículo. "Podemos calcular cómo debe formarse inicialmente la onda para que las irregularidades del entorno desordenado la transformen exactamente en la forma que tenemos".quiere que sea. En este caso, la onda de luz parece bastante desordenada y caótica al principio, pero el entorno desordenado la convierte en algo ordenado. Incontables pequeñas perturbaciones, que normalmente harían imposible el experimento, se utilizan para generar exactamente la onda deseadaforma, que luego actúa sobre una partícula específica.
Calculando la ola óptima
Para lograr esto, la partícula y su entorno desordenado se iluminan primero con varias ondas y se mide la forma en que se reflejan las ondas. Esta medición se realiza dos veces en rápida sucesión. "Supongamos que en el corto tiempo entredos mediciones, el entorno desordenado permanece igual, mientras que la partícula que queremos manipular cambia ligeramente ", dice Stefan Rotter." Pensemos en una célula que se mueve, o simplemente se hunde un poco hacia abajo. Entonces la onda de luz que enviamos esse refleja un poco diferente en las dos mediciones ". Esta pequeña diferencia es crucial: con el nuevo método de cálculo desarrollado en TU Wien, es posible calcular la onda que debe usarse para amplificar o atenuar este movimiento de partículas".
"Si la partícula se hunde lentamente hacia abajo, podemos calcular una onda que evita que se hunda o permita que la partícula se hunda aún más rápido", dice Stefan Rotter. "Si la partícula gira un poco, sabemos qué onda transmite el momento angular máximo- luego podemos rotar la partícula con una onda de luz con forma especial sin tocarla nunca "
Experimentos exitosos con microondas
Kevin Pichler, también parte del equipo de investigación de TU Wien, pudo poner en práctica el método de cálculo en el laboratorio de socios del proyecto en la Universidad de Niza Francia: utilizó objetos de teflón dispuestos al azar, con los que irradiómicroondas, y de esta manera logró generar exactamente esas formas de onda que, debido al desorden del sistema, produjeron el efecto deseado.
"El experimento de microondas muestra que nuestro método funciona", informa Stefan Rotter. "Pero el verdadero objetivo es aplicarlo no con microondas sino con luz visible. Esto podría abrir campos completamente nuevos de aplicaciones para pinzas ópticas y, especialmente enLa investigación biológica permitiría controlar las partículas pequeñas de una manera que antes se consideraba completamente imposible ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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