ابزار جدید برای حرکت‌دادن اشیا با نور

حرکت‌دادن ذراتی مانند سلول‌ها‌ی زیستی بدن، تاکنون فقط با استفاده از نور اسکالر انجام می‌شد و از تمام نیرو‌ی نور استفاده نمی‌شد. پژوهشگران راهی برای استفاده از تمام ظرفیت نور پیدا کرده‌اند.

پژوهشگران راهی برای کنترل و حرکت‌دادن اشیا‌ی کوچک با نور لیزر پیدا کرده‌اند. این روش برای کنترل ذرات ریزی مانند سلول‌ها‌ی انسانی، یا کار روی تراشه‌ها‌ی مغناطیسی آینده به‌کار می‌آید.

زمانی‌ که یک اشعه‌ی نوری به دست شما می‌تابد، احساس خاصی پیدا نمی‌‌کنید. شاید تنها کمی گرما‌ی آن را احساس کنید. زمانی‌ که همین نور را به جهان ریزمقیاس، یعنی در حد میکرو و نانو بتابانید،‌ وضعیت بسیار متفاوت می‌شود؛ در این شرایط، نور یک ابزار بسیار قدرتمند است. در این شرایط، می‌توان از همین نور برای حرکت‌دادن و کنترل اشیا استفاده‌ کرد.

پژوهشگران گروه نور دانشگاه ویتواترستند آفریقا‌ی جنوبی، راهی برای کنترل و جا‌به‌جا کردن اشیا‌ی ریز مانند سلول‌ها‌ی بدن انسان، ذرات ریز شیمیایی یا کار روی تراشه‌ها‌ی مغناطیسی کوچک آینده با نور لیزر پیدا کرده‌اند.

از آنجایی که تکنیک گیراندازی اپتیکی هولوگرافیک، چندان جدید نیست. پژوهشگران دانشگاه ویت راهی برای استفاده‌ی کامل از نیرو‌ی نور یافته‌اند. این نیرو شامل نیرو‌ی برداری نور است که قبلا برای این کار قابل استفاده نبود. گروه دانشگاه ویت، برای اولین‌بار، گیراندازی برداری هولوگرافیک انجام دادند.

گیر اندازی نوری

پروفسور اندرو فوربس، رهبر تیم پژوهشی و استاد سرشناس مؤسسه‌ی فیزیک دانشگاه ویت، گفت:

گیر‌انداز‌ها‌ی هولوگرافیک قبلی، به قسمت خاصی از نور (نور اسکالر) محدود‌ بودند. بنابر‌این، دستگاه گیر‌انداز هولوگرافیکی که بتواند از تمام بخش‌ها‌ی نور برای کار خود استفاده‌ کند، بسیار جالب توجه است. این دستگاه، تمام قابلیت‌ها‌ی دستگاه‌ها‌ی گذشته را دارد و علاوه‌بر این، قابلیت‌ها‌ی بسیار دیگری نیز دارد. ما توانستم اولین سیستم گیر‌اندازی اپتیکی هولوگرافیک را توضیح‌ دهیم. با استفاده از این سیستم می‌توان به‌وسیله‌ی نور، ذرات میکرو‌متری از جمله سلول‌ها‌ی زیستی را محاصره و دست‌کاری کرد.

دستگاه نهایی ساخته‌شده، می‌تواند چندین ذره را هم‌زمان به‌دام بیندازد و با استفاده از حالت‌ها‌ی برداری نور، آن‌ها را به‌حرکت در آورد. آزمایش‌ها‌یی در راستا‌ی این پژوهش انجام‌ شده و در مجله‌ی Nature منتشر‌شده است.

در روش گیر‌اندازی قدیمی، نور در یک حجم کوچک پر از ذرات ریز شامل سلول‌ها‌ی زیستی، متمرکز می‌شود. در این مقیاس (میکرو‌متر و نانو‌متر)، نیرو‌ی نور، قابل ملاحظه است. بنابر‌این می‌توان با استفاده از نور، ابتدا ذرات را به‌دام انداخته، سپس آن‌ها را کنترل‌کرد. ذرات با پیش‌روی نور حرکت می‌کنند. همین ایده، نوبل ۲۰۱۸ فیزیک را به آرتور اشکین آمریکایی اختصاص‌ داد. در اصل، ابتدا نور را به‌صورت مکانیکی با آینه‌ها‌ی متعدد کنترل می‌کردند اما بعدا توانستند نور را با هولوگرام‌ها‌ی کامپیوتری کنترل‌کنند و ابزار‌ها‌ی مکانیکی کنار‌ گذاشته‌ شدند. در نتیجه‌ی کنترل هولوگرافیک نور، ذرات نیز بدون نیاز به ابزار‌ها‌ی مکانیکی، کنترل شدند. تا‌کنون تنها انواع خاصی از نور لیزر به‌ نام نور اسکالر در گیر‌انداز‌ها‌ی هولوگرافیک استفاده می‌شدند.

گروه پژوهشی مورد‌نظر در مقاله‌ی خود عنوان‌ کردند: گیر‌اندازی اپتیکی هولوگرافیک برداری. پژوهشگران دانشگاه ویت نشان‌دادند که چگونه می‌توان هر الگو‌یی از نور را به‌صورت هولوگرافیک ایجاد و کنترل‌ کرد؛ سپس با استفاده از همین نکته، دستگاه جدیدی برای گیر‌اندازی اپتیکی ساختند.

فوربس گفت: «به‌‌طور کلی این دستگاه هم با نور اسکالر و هم با نور‌ها‌ی برداری پیچیده‌تر کار می‌کند. پرتو‌ها‌ی برداری، کاملا موضعی هستند و کار‌برد‌ها‌ی بسیاری برای آن‌ها یافت‌ شده است. اما تا‌کنون گیر‌اندازی هولوگرافیک برداری ممکن نبود.

پژوهشگران دانشگاه ویت، با هر دو گونه از نور اسکالر و برداری در یک دستگاه انجام می‌دهند. این گروه پژوهشی پیش‌بینی می‌کند که این دستگاه را بتوان در آزمایش‌ها‌ی کنترل‌شده در مقیاس نانو و میکرو به‌کار برد. این آزمایش‌ها می‌تواند شامل آزمایش‌ها‌یی در زمینه‌ی سلول‌ها‌ی زیستی و دارو‌سازی، بر‌هم‌کنش‌ها‌ی شیمیایی در حجم کم، فیزیک بنیادی و تراشه‌ها‌ی مغناطیسی آینده باشد.

چگونگی کارکرد یک گیر‌انداز اپتیکی هولوگرافیک

در روش قبلی گیر‌اندازی اپتیکی، نور به‌صورتی متمرکز می‌شود که می‌تواند به مواد نیرو وارد‌ کند. ماده که منظور از ماده همان ذرات ریز هستند، به‌وسیله ی نور به‌دام می‌افتند. زمانی‌ که نور توسط آینه‌ها و ابزار‌ها‌ی مکانیکی به سمت خاصی هدایت می‌شود، ذرات هم با نور حرکت می‌کنند. این روش، گیر‌اندازی اپتیکی نامیده می‌شود. مانند اینکه ذرات را با انبر بگیریم و آن‌ها را حرکت‌ دهیم ولی این‌بار انبر مورد استفاده از جنس نور است. برای استفاده‌ی کم‌تر از ابزار‌ها‌ی مکانیکی، پژوهشگران از هولوگرام برای کنترل نور استفاده می‌کنند.

با استفاده از مدوله‌کننده‌ها‌ی نور فضایی می‌توان الگو‌ها‌‌ی نوری ساختاری را کد‌گذاری کرد و آن‌ها را داخل تله به حرکت در‌آورد. بنابر‌این می‌توان چندین ذره را به‌صورت هم‌زمان گیر‌ انداخت و به‌ حرکت در‌آورد. این کار، زمینه‌های زیادی برای کار‌ها‌ی آینده فراهم‌ کرده است. گیر‌انداز‌ها‌ی قدیمی نمی‌توانستند از کل ظرفیت نور استفاده‌ کنند و تنها از نور اسکالر استفاده می‌کردند. تصور قبلی بر این بود که نور‌ها‌ی برداری را نمی‌توان به روش هولوگرافیک کنترل‌کرد. با روش جدید می‌توان از کل ظرفیت نور استفاده‌ کرد.

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده
تبلیغات

بیشتر بخوانید