Исследователи из Центра передовых исследований ARC по преобразующим метаоптическим системам (TMOS) сделали большой шаг вперед в создании тяговых лучей на основе метаповерхностей. Эти световые лучи, способные притягивать частицы, были вдохновлены научной фантастикой.
В исследовании, опубликованном в ACS Photonics, команда из Мельбурнского университета представила соленоидный луч, созданный с помощью кремниевой метаповерхности. Ранее соленоидные лучи формировались с помощью громоздких специальных световых модуляторов (SLM), что делало их непрактичными для портативных устройств. Новая метаповерхность состоит из наноструктурированного кремния толщиной всего около 1/2000 миллиметра. Исследователи надеются, что однажды эту технологию можно будет использовать для неинвазивной биопсии, что гораздо менее травматично по сравнению с текущими методами.
Обычно свет оказывает толкающее действие, отталкивая частицы от источника. Соленоидные лучи, напротив, притягивают частицы к источнику света. Представьте, как работает дрель, втягивая стружку вверх по сверлу — соленоидные лучи действуют подобным образом.
Этот конкретный соленоидный луч имеет несколько преимуществ: он более гибок в требованиях к входному лучу, не требует SLM и значительно компактнее и энергоэффективнее предыдущих систем.
Метаповерхность была создана путем картирования фазовой голограммы необходимого луча. Затем она была изготовлена из кремния с помощью электронно-лучевой литографии и реактивного ионного травления. Когда входной гауссов пучок проходит через метаповерхность, большая его часть (около 76%) преобразуется в соленоидный пучок и отделяется от непреобразованного, что позволяет работать с ним без помех. Исследователи смогли охарактеризовать пучок на расстоянии 21 сантиметра.
Ведущий исследователь Марьям Сетарех заявляет:
Компактный размер и высокая эффективность этого устройства открывают новые возможности для его применения в будущем. Использование метаповерхности для извлечения частиц может существенно изменить подход к биопсии, делая ее менее болезненной и более щадящей.
Следующий этап исследования — экспериментально доказать способность луча притягивать частицы.
