I fisici dell'Università ITMO hanno sviluppato un modello di raggio traente ottico per catturare particelle basate su nuovi materiali artificiali. Tale raggio è in grado di spostare particelle o cellule verso la sorgente di radiazioni. Lo studio ha mostrato che le metasuperfici iperboliche sono promettenti per esperimenti sulla creazione del raggio traente, oltre che per le sue applicazioni pratiche. I risultati sono pubblicati in Fotonica ACS .

Le travi del trattore sono familiari a molti, grazie al Guerre stellari , Star Trek e innumerevoli rappresentazioni di rapimenti di UFO. Eppure gli scienziati stanno cercando di ottenere tali raggi in realtà, e ci sono già diversi modi per far muovere gli oggetti verso una fonte di luce. Finora, però, questi oggetti sono rappresentati da piccole particelle e atomi invece che da mucche intere.

I ricercatori dell'Università ITMO hanno recentemente suggerito di utilizzare metamateriali per creare tali raggi traenti. I metamateriali sono strutture periodiche artificiali con proprietà ottiche insolite costituite da elementi ripetitivi. Ad esempio, i metamateriali possono supportare modalità iperboliche:stati speciali del campo elettromagnetico che si verificano quando il metamateriale interagisce con la luce. Tali stati aiutano a controllare le forze ottiche che influenzano gli oggetti sulla superficie del materiale, e, come risulta, può aiutare a spostare le particelle verso la fonte di luce.

"Il nostro lavoro è completamente dedicato alla creazione di fasci traenti basati su meta-superfici e allo studio della fisica dietro di esso. Abbiamo scoperto che questo effetto appare a causa della propagazione dei modi iperbolici nei metamateriali. Tali modi agiscono come un'ulteriore diffusione canale e, secondo la legge di conservazione della quantità di moto, può spingere la particella nella direzione della sorgente luminosa. Allo stesso tempo, i metamateriali hanno una serie di altri vantaggi rispetto ai metodi alternativi per ottenere il raggio traente. Perciò, le metasuperfici sono più convenienti per l'uso pratico, "dice Alexander Shalin, il capo del laboratorio di nano-optomeccanica presso l'Università ITMO.

Nel 2016, gli scienziati dell'Università ITMO hanno proposto un altro modello del raggio traente basato sulla risonanza plasmonica e sulla propagazione delle onde plasmoniche superficiali:oscillazioni del gas di elettroni vicino alla superficie del metallo. Il substrato piatto ha permesso ai ricercatori di lavorare con l'intera superficie del materiale invece di piccole aree, come nelle classiche pinzette plasmoniche. Però, il nuovo lavoro ha mostrato che i metamateriali basati su strutture piatte che supportano sia la modalità iperbolica che quella plasmonica possono diventare una base ancora migliore per i raggi traenti. Le metasuperfici e i metamateriali lavorano con la luce nell'intera gamma di lunghezze d'onda visibili e affrontano meglio le perdite di energia. Tutto ciò li rende promettenti per l'implementazione sperimentale delle travi traenti.

"Nei lavori futuri, abbiamo in programma di condurre esperimenti per ottenere i raggi traenti. Questo è un passo obbligato verso l'applicazione pratica di questo fenomeno. Nel futuro prossimo, questa tecnologia non ci aiuterà ad attirare astronavi e a rapire mucche, ma può ancora essere usato, Per esempio, per creare trappole speciali per particelle e cellule o per condurre reazioni chimiche in modo selettivo, "dice Alessandra Ivinskaja, il primo autore dell'articolo.