Un team di ricerca internazionale ha scoperto un nuovo tipo di raggio di luce curvo chiamato "gancio fotonico". I ganci fotonici sono unici, poiché il loro raggio di curvatura è due volte più piccolo della loro lunghezza d'onda. Questo è il raggio di curvatura più piccolo delle onde elettromagnetiche mai registrato. I ganci fotonici possono migliorare la risoluzione dei sistemi ottici e controllare il movimento delle nanoparticelle, singole cellule, virus o batteri. I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati in Lettere di ottica e Rapporti scientifici .

"Il gancio fotonico si forma quando dirigiamo un'onda di luce piana su una particella dielettrica di forma asimmetrica, "dice Alexander Shalin, capo del Laboratorio Internazionale di Nano-optomeccanica presso l'Università ITMO. "Abbiamo studiato una particella chiamata cuboide. Ha l'aspetto di un cubo con un prisma situato su un lato. A causa di questa forma, il tempo della fase completa delle oscillazioni dell'onda varia irregolarmente nella particella. Di conseguenza, il raggio di luce emesso si piega."

Gli scienziati hanno dimostrato che il raggio di curvatura del gancio fotonico può essere molto più piccolo della sua lunghezza d'onda. La curvatura può essere regolata anche variando la lunghezza d'onda, polarizzazione della luce incidente e parametri geometrici della particella emittente. Questa proprietà può essere utilizzata per reindirizzare un segnale ottico, per superare il limite di diffrazione nei sistemi ottici o per spostare singole particelle su scala nanometrica.

"Questa idea è stata inizialmente suggerita dai nostri colleghi della Tomsk State University. Non appena abbiamo fatto i calcoli necessari e descritto questo fenomeno, abbiamo deciso di verificare se un gancio fotonico potesse essere utilizzato in optomeccanica, "- dice Sergey Sukhov, ricercatore presso l'Università della Florida centrale - "Si è scoperto che con un gancio fotonico, possiamo realizzare un manipolatore per spostare le particelle lungo un percorso curvo attorno a ostacoli trasparenti. Ciò è possibile a causa della pressione di radiazione e della forza ottica del gradiente. Quando una particella colpisce la regione di massima intensità del raggio, la forza del gradiente lo mantiene all'interno del raggio mentre la pressione di radiazione lo spinge lungo il percorso curvo di propagazione del flusso di energia."

Un tale metodo di controllo sul movimento delle particelle è promettente per l'optofluidica. Questa tecnologia utilizza fasci di luce per dirigere microflussi di nano e microparticelle disciolte. Ciò consente agli scienziati di realizzare micro-reattori su chip e di indagare, Per esempio, batteri, virus o singole cellule.

"Ora faremo un esperimento e proveremo a spostare i batteri lungo una traiettoria curva con un gancio fotonico, "Continua Alexander. "Prima di tutto, dobbiamo ottenere il gancio stesso in condizioni sperimentali. dobbiamo controllare, ad esempio, se un substrato sotto il nostro cuboide influenzerebbe l'emissione dell'amo. Successivamente realizzeremo un prototipo del microreattore e studieremo come si muovono le particelle".

La base teorica per i prossimi esperimenti comprende due articoli che hanno già catturato l'attenzione della comunità scientifica. "L'articolo di riferimento che descrive il gancio fotonico stesso è stato seguito da un articolo sulla sua applicazione optomeccanica, " Dice Sergey. "Anche prima che il primo articolo fosse pubblicato, Il MIT lo ha incluso nella sua rassegna settimanale delle preprint più interessanti. Ma ha anche sollevato molte domande da parte dei revisori. Subito dopo la sua pubblicazione, ha raggiunto i migliori download su Lettere di ottica sito web. A quel punto, il secondo articolo sull'optomeccanica è stato accettato per la stampa. Speriamo che i risultati dei nostri esperimenti susciti un interesse ancora maggiore".