08/07/2020

Томские ученые нашли способ увеличить дальность действия и стабильность оптического пинцета

1881
​​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Института оптики атмосферы СО РАН нашли способ увеличить дальность действия оптических ловушек, или оптического пинцета. Подобные устройства используются для передвижения отдельных микрочастиц в биологии и химии. Результаты исследования опубликованы в журнале Optics Letters (IF: 3,866; Q1). 

Оптический пинцет — устройство, которое с помощью лазерного пучка перемещает объекты микронного размера, например, живые клетки, белки и молекулы. В 2018 году за эту технологию американский физик Артур Эшкин получил Нобелевскую премию. До изобретения оптического пинцета перемещать такие объекты было невозможно: любая попытка захватить его приводила к разрушению. А оптический пинцет не нарушает внутреннюю структуру объекта. 

«Оптический пинцет — медийное название оптических ловушек. Их общий принцип действия такой: линза фокусирует свет лазера, и частицы, находящиеся в поле фокусировки, по законам физики начинают двигаться в сторону максимальной интенсивности светового поля, как бы прижимаясь. За счет этого частицы можно захватывать и перемещать. Для увеличения степени локализации оптического поля в области фокусировки в такой ловушке, работающей в режиме «на отражение», то есть чтобы фокус был более длинным, но поперек меньше, ранее мы предложили использовать вместо линз микрочастицы из диэлектрического материала — например, из кварца», — говорит руководитель проекта, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин. 

Взаимодействуя с такой частицей, свет фокусируется в виде «фотонной струи» в направлении, противоположном направлению падения излучения. Благодаря своим свойствам именно она выполняет роль ловушки или пинцета. 

«Для формирования классической фотонной струи есть необходимое условие — соотношение показателей преломления частицы и среды должно быть меньше двух. Если будет больше, то струя просто не сформируется. И ранее считалось, что увеличить показатель преломления и при этом сформировать фотонную струю просто невозможно. Мы совместно с коллегами из Института оптики атмосферы СО РАН теоретически, в процессе моделирования, показали, что это не так», — поясняет Игорь Минин. 

Для этого ученые сформировали струю в режиме «на отражение». 

«Есть два режима: на прохождение и на отражение. В первом случае струя образуется, когда свет проходит через диэлектрическую частицу. А в режиме на отражение позади частицы мы ставим плоское зеркало, и точка фокусировки перемещается на зеркало. В итоге мы получаем двойную фокусировку: свет фокусируется через частицу на зеркале, а затем в обратном направлении снова собирается этой же частицей в фотонную струю. В этом режиме нам удалось сформировать струю из диэлектрической частицы с показателем соотношения преломления частицы и среды больше двух. Это дало увеличение области захвата в разы», — отмечает ученый.​ 

Сейчас ученые готовят эксперименты, чтобы подтвердить результаты моделирования на практике. 

Исследование поддержано грантами Российского фонда фундаментальных исследований и по Программе повышения конкурентоспособности ТПУ. ​

Служба новостей ТПУ ​​​​

Источники

Российские ученые нашли способ расширить область действия оптических ловушек
ТАСС, 08/07/2020
Российские ученые нашли способ в разы увеличить важные свойства оптического пинцета
Наука в Сибири (sbras.info), 08/07/2020
Российские ученые нашли способ в разы увеличить дальность действия и стабильность оптического пинцета
Служба новостей ТПУ (news.tpu.ru), 08/07/2020
Российские ученые нашли способ в разы увеличить дальность действия и стабильность оптического пинцета
Поиск (poisknews.ru), 08/07/2020
Российские ученые нашли способ в разы увеличить дальность действия и стабильность оптического пинцета
Novo-tomsk.ru, 08/07/2020
Томские ученые резко увеличили эффективность действия оптического пинцета
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 08/07/2020
Дальность действия и стабильность оптического пинцета увеличена в разы
Научная Россия (scientificrussia.ru), 10/07/2020

Похожие новости