​​Ученые Томского политехнического университета вместе с зарубежными коллегами нашли простой способ динамически искривлять фотонную струю, превращая ее в фотонный крючок. Метод представлен в статье, опубликованной в журнале Optics Letters (IF: 3, 866; Q1). По словам авторов, обнаруженный эффект расширит потенциал применения фотонных струй и крючков, например, при манипулировании отдельными частицами в медико-биологических исследованиях или оптической литографии при создании микросхем. 

Эффект фотонной струи был открыт в начале 2000-х годов. Струя представляет собой электромагнитную волну, сфокусированную у поверхности микросферы из кварцевого стекла, которая сама находится в фокусе линзы. У этой струи характерный поперечный размер — меньше дифракционного предела. Именно эта особенность сделала фотонную струю интересной для ученых. В результате на основе эффекта фотонной струи в 2011 году был предложен оптический микроскоп нового поколения — наноскоп. Он преодолел ограничения традиционных оптических микроскопов с их максимальным разрешением в 200 нанометров и позволил рассмотреть объекты размером в 50 нанометров. 

В 2015 году ученые ТПУ предложили новый тип искривленного светового луча на основе фотонной струи — фотонный крючок. Получать такой луч значительно проще, чем известные аналоги. Для получения фотонного крючка нужна лишь микрочастица определенной формы. Свет проходит через нее и искривляется. Фотонный крючок, например, позволяет перемещать наночастицы под действием давления света, огибать барьер, переносить их через него. Это делает его перспективным инструментом для биологии, медицины, создания новых материалов, где необходимо управлять клетками. 

«Для получения фотонной струи и фотонного крючка используются микрочастицы из диэлектрического материала, например, стекла. До сих пор считалось, что для этого нужны частицы разной формы. Для фотонной струи симметричные, для крючка — несимметричные. Однако оказалось, что это совсем не так. Мы провели моделирование и ряд экспериментов, которые показали, что в обоих случаях можно использовать симметричные частицы. Для этого мы частично перекрыли частицу экраном из металла. Экран микроразмера может быть из любого металла, но в экспериментах мы использовали алюминий», — говорит руководитель проекта, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин.​ 

фот_крюч.jpg  Фото: концепция динамического формирования фотонного крючка 

Если нужно сформировать фотонную струю, частица облучается полностью. А если необходим искривленный фотонный крючок, экран частично перекрывает ее. 

«Тогда мы используем несимметричный волновой фронт при симметричной частице. Это расширяет возможности для использования фотонной струи и крючка. Например, их можно будет использовать в одном устройстве в зависимости от задач.  Например, с помощью фотонной струи можно притягивать наночастицы, как бы захватывать их, а если подставить экран, то луч искривится, и частицы можно будет переместить», — поясняет ученый. 

Также возможной областью применения может стать процесс литографии при производстве микросхем. Литография — это технология, используемая для нанесения рисунка будущей микросхемы с помощью лазера. 

«Наносить рисунок можно прямым лучом, а можно искривленным. Для этого нужно менять частицу, с помощью которой идет фокусировка. А металлический экран позволит этого не делать, — говорит Игорь Минин. — Микроразмерный металлический экран — крайне простое решение, и в конечных устройствах, где используется эффект фотонной струи или крючка, его применение не приведет к существенному усложнению всей конструкции».​ 

Исследование проводится в сотрудничестве с учеными из Национального университета Ян-Мин (Тайвань), Университета Бен-Гуриона в Негеве (Израиль). Оно поддержано грантами Российского фонда фундаментальных исследований, а также в рамках программы повышения конкурентоспособности ТПУ. 

Источники

Ученые нашли способ динамически искривлять фотонную струю
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 03/09/2020
Ученые превратили фотонную струю в крючок методом динамического искривления
Energyland.info, 03/09/2020
Ученые превратили фотонную струю в крючок методом динамического искривления
Seldon.News (news.myseldon.com), 03/09/2020
На крючке: ученые нашли способ динамически искривлять фотонную струю
Поиск (poisknews.ru), 03/09/2020
Ученые нашли способ быстро изменять электромагнитные волны для манипуляции наночастицами
ТАСС, 03/09/2020
Фотонную струю научились искривлять в крючок
Pcnews.ru, 03/09/2020
Фотонную струю научились искривлять в крючок
Популярная механика (popmech.ru), 03/09/2020
Разработан способ искривления фотонной струи
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 03/09/2020
Фотонную струю научились искривлять в крючок
AchtungPartisanen.ru, 03/09/2020
Ученые нашли способ быстро изменять электромагнитные волны для манипуляции наночастицами
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 03/09/2020
Томские и зарубежные ученые нашли способ динамически искривлять фотонную струю
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 04/09/2020
Сибирские ученые нашли способ динамически искривлять фотонную струю
Seldon.News (news.myseldon.com), 07/09/2020
Сибирские ученые нашли способ динамически искривлять фотонную струю
ИА Байкал 24, 07/09/2020
Ученые нашли способ динамически искривлять фотонную струю
Научная Россия (scientificrussia.ru), 08/09/2020
Ученые нашли способ динамически искривлять фотонную струю
Российская национальная нанотехническая сеть (rusnanonet.ru), 09/09/2020

Похожие новости

  • 25/12/2019

    Nature написал об историческом открытии с участием томских физиков

    ​Международная команда физиков-теоретиков, основу которой составляют выпускники Томского государственного университета, сотрудники лаборатории наноструктурных поверхностей и покрытий ТГУ и Университета Страны Басков, сумела теоретически предсказать первый антиферромагнитный изолятор MnBi2Te4.
    720
  • 11/08/2020

    Надежность деталей международного реактора ITER проверят томские специалисты

    ​Специалисты по неразрушающему контролю Томского политехнического университета разработают методики и программы для проверки сварных соединений с помощью ультразвука на значимых элементах термоядерного реактора ИТЭР.
    1926
  • 16/07/2019

    Специалисты из Боливии пройдут в Томске курс по безопасной эксплуатации ядерных объектов

    ​Сотрудники Агентства по атомной энергии Боливии приступили к обучению по программе Томского политехнического университета (ТПУ), курс направлен на формирование знаний и навыков для безопасной эксплуатации Многоцелевого центра облучения - одного из объектов создаваемого в этой стране Центра ядерных исследований и технологий (ЦЯИТ).
    506
  • 12/11/2018

    Промышленные отходы согреют Сибирь

    Химики из Томского политехнического института предложили использовать промышленные отходы, понемногу добавляя их к водоугольному топливу. Такие добавки помогут не только избавиться от отходов, но и улучшить характеристики топлива.
    1024
  • 10/12/2016

    По мнению экспертов, большие данные уже перешагнули границу научного мира

    ​В Томском политехническом университете работает первая международная школа по Big Data (большим данным). Ее участниками стали ведущие исследователи из России, Великобритании, США и Италии. Профессор Университета Генуи (Италия) Дарио Барберис и директор физического факультета университета Ланкастера (Великобритания), профессор Роджер Джонс поделились со Службой новостей мнением о роли больших данных в жизни современного человека.
    1650
  • 27/08/2019

    Ученых ТГАСУ пригласили к сотрудничеству с компанией FIDESYS

    ​Научные разработки томичей по вычислительной механике – это программный комплекс, вычислительные алгоритмы и математические модели для решения динамических задач механики деформируемого твердого тела.
    587
  • 13/04/2018

    Сибирские ученые разрабатывают нанокомпозиты для космических аппаратов

    Стратегия развития космической деятельности России на период до 2030 года и на дальнейшую перспективу предусматривает продолжение эксплуатации Международной космической станции, создание нового космического корабля «Федерация» для проведения околоземных исследований и отработки полетов к Луне, расширение группировки космических аппаратов со сроком службы не менее 15 лет.
    1258
  • 30/09/2019

    ТПУ и Росатом готовят команду специалистов для ядерного центра Боливии

    ​​Томский политех (ТПУ) при поддержке компании "Росатом" готовит многонациональную междисциплинарную команду специалистов, которые будут работать в отделе облучения будущего Центра ядерных исследований и технологий в Боливии, сообщила журналистам проректор по внешним связям ТПУ Лилия Кирьянова.
    289
  • 29/06/2018

    Как ученые ТПУ помогают искать жизнь во Вселенной

    ​Исследование межзвездной среды, поиск экзопланет, изучение Солнечной системы - все это происходит в основном в лабораториях, где обрабатываются данные с межпланетных космических станций или мощных телескопов.
    976
  • 09/09/2016

    Разработки томичей заинтересовали Airbus Safran Launchers

    ​Представители компании Airbus Safran Launchers - лидера европейской космической промышленности заинтересовались технологиями и наработками сибирских ученых, сообщает пресс-служба Томского государственного университета.
    2244