​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Великобритании, Израиля, Университета ИТМО и других российских вузов получили новый тип искусственно искривленного луча.

В своих работах исследователи дали ему название «фотонный крючок». Ранее науке был известен лишь один тип искривленного луча — пучки Эйри. Полученный «крючок» может использоваться в микроскопии для получения изображений в сверхразрешении. Также ученые показали, что он может выполнять роль манипулятора для наночастиц и перемещать их. Последние результаты исследований ученых были опубликованы в журналах Optics Letters (IF 3.416; Q1) и Scientific Reports (IF 4.259; Q1).

Задача рассеяния света на диэлектрических частицах - это задача с очень длинной историей. Аналитические выражения для рассеяния были получены Густавом Ми в 1908 году. Его теория предсказывает наличие двух внутренних фокусов внутри диэлектрической частицы. В 2004 году американские ученые опубликовали работу, в которой показали, что при определенных значениях размера частицы и показателя преломления внутренний фокус на теневой поверхности частицы сдвигается на ее границу. В этой области образуется сильно локализованное электромагнитное поле. Этот эффект они назвали "фотонная струя". У этой струи характерный поперечный размер - меньше дифракционного предела. Поэтому она может использоваться для получения сверхразрешения.

Также известны криволинейные пучки, так называемые пучки Эйри. В них свет распространяется по параболе. Однако, как отмечают ученые, получать эти пучки и использовать, в том числе в микроскопах, достаточно сложно.

"Ранее считалось, что других типов искривленных лучей, кроме пучков Эйри, не существует. Нам удалось получить новый тип криволинейного пучка света, также мы запатентовали принцип его создания на основе фотонной струи от диэлектрических частиц с нарушенной симметрией.

В нашей статье в "Optics Letters" мы описали свойства "фотонного крючка". Для создания луча в экспериментах использовали кубические частицы с пристыкованной призмой. Когда излучение падает на торец частицы, на гранях и внутри частицы происходит дифракция. За счет разницы фазовых скоростей внутри и вблизи граней формируется сходящий волновой фронт, он фокусируется на выходе из частицы. А поскольку одна грань скошена, то волны между собой интерферируют, и область локализации получается кривой", - объясняет профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин.

В статье для Scientific Reports ученые рассмотрели интересное применение фотонного крючка - он позволяет перемещать наночастицы под действием давления света, огибать барьер, переносить их через него.

"Это перспективное применение для биологии, медицины, создания новых материалов, где необходимо управлять клетками", - отмечает Игорь Минин. Моделирование таких процессов было проведено под руководством Александра Шалина (руководитель международной научной лаборатории "Нанооптомеханика" Университета ИТМО).

Добавим, исследования ведутся в коллаборации с учеными из Бангорского университета (Великобритания), Университета ИТМО, Томского государственного университета и Университета имени Бен-Гуриона (Израиль).

Источники

Ученые ТПУ, вузов РФ и Британии получили новый тип искривленного луча
РИА Томск (riatomsk.ru), 15/03/2018
"Фотонный крючок": ученые ТПУ вместе с коллегами получили новый тип искривленного светового луча
БезФормата.Ru Томск (tomsk.bezformata.ru), 15/03/2018
"Фотонный крючок": ученые ТПУ вместе с коллегами получили новый тип искривленного светового луча
Томский политехнический университет (tpu.ru), 15/03/2018
Фотонный крючок позволит манипулировать наночастицами
Nanonewsnet.ru, 15/03/2018
"Фотонный крючок": ученые ТПУ вместе с коллегами получили новый тип искривленного светового луча
Монависта (tomsk.monavista.ru), 15/03/2018
Создан "фотонный крючок" для манипулирования наночастицами
Редкие земли (rareearth.ru), 15/03/2018
Фотонный крючок позволит манипулировать наночастицами
Новости@Rambler.ru, 15/03/2018
Фотонный крючок позволит манипулировать наночастицами
Индикатор (indicator.ru), 15/03/2018

Похожие новости

  • 05/12/2017

    Томский политех и Schneider Electric подписали соглашение об открытии совместного Центра компетенций

    ​Ректор Томского политехнического университета Петр Чубик и президент Schneider Electric в России и СНГ Йохан Вандерплаетсе 5 декабря подписали соглашение об открытии в вузе Центра компетенций компании.
    441
  • 26/02/2018

    Ученые ТПУ разработают установки неразрушающего контроля

    ​Исследователи Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности Томского политехнического университета (ТПУ) разработают автоматическую линейку экспериментальных установок для завода антипомпажных клапанов Томского электро-механического завода (ТЭМЗ), который выпускает клапаны магистральных газопроводов ПАО "Газпром", сообщает в понедельник пресс-служба вуза.
    261
  • 06/09/2017

    Инновационные разработки ТПУ были представлены на выставке томской продукции

    ​Во вторник, 5 сентября на площадке Томского электромеханического завода (ТЭМЗ) прошла выставка, на которой предприятия города и области демонстрировали своювысокотехнологичную продукцию и новые технологии.
    668
  • 23/04/2018

    Персональный электрокардиограф ТПУ помогает выявить аритмию у пациентов

    ​Ученые Томского политехнического университета- сотрудники малого инновационного предприятия вуза ООО "Потенциал" - продолжают медицинские испытания персональных электрокардиографов, которые позволяют делать ЭКГ в домашних условиях и отправлять результаты своей электрокардиограммы врачу.
    174
  • 24/08/2017

    Сибирские ученые разработали ботинки с навигационной системой

    ​Ученые Сибирского федерального университета (СФУ) совместно с коллегами из Национального исследовательского Томского политехнического университета разработали пешеходную навигационную систему, которая сможет определять координаты пользователя в плотной городской застройке, лесных массивах и даже под землей, сообщила пресс-служба СФУ.
    698
  • 07/11/2017

    Томские, китайские и немецкие ученые разработают антибактериальные имплантаты

    ​Ученые Томского политехнического, Хэбэйского (Китай) и Гейдельбергского (Германия) университетов планируют совместно разрабатывать инновационные материалы для клеточных технологий и регенеративной медицины, предполагается использовать их в клинической практике в России и Китае.
    323
  • 04/10/2016

    В Томске создадут «рой» малых спутников в помощь сельскому хозяйству

    ​Томский политехнический университет (ТПУ) и томский Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (ИФПМ СО РАН) выступят одними из инициаторов проекта по созданию группировки малых космических аппаратов для прорывных технологий в сфере сельского хозяйства, который планируется запустить в 2017 году.
    1491
  • 08/11/2017

    Представители Lapp Group посетили Энергетический институт ТПУ

    Томский политехнический университет - одно из многих учебных заведений, с которыми сотрудничает Lapp Group по всему миру. Сотрудничество ТПУ и холдинга Lapp Group началось с Ганноверской промышленной ярмарки 2005 года, где был подписан Меморандум о сотрудничестве.
    418
  • 31/05/2017

    Неземная технология: что добывают в Томске «космические старатели»

    ​Создание космических технологий является драйвером развития человечества, уверены проректоры двух вузов - Томского государственного университета (ТГУ) и Томского госуниверситета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) - Константин Беляков и Роман Мещеряков.
    626
  • 04/10/2016

    В Airbus Safran Launchers заинтересовались созданным в Томске наноматериалом

    ​Airbus Safran Launchers (совместное предприятие авиакосмического концерна Airbus Group и французской корпорации Safran) заинтересовалась разработанной в Томском госуниверситете технологией получения наноматериала - легкого, как алюминий, и прочного, как сталь, сообщил завлабораторией высокоэнергетических и специальных материалов ВУЗа Александр Ворожцов.
    1095