Une équipe de recherche internationale a découvert un nouveau type de faisceau lumineux incurvé appelé « crochet photonique ». Les crochets photoniques sont uniques, car leur rayon de courbure est deux fois plus petit que leur longueur d'onde. C'est le plus petit rayon de courbure des ondes électromagnétiques jamais enregistré. Les crochets photoniques peuvent améliorer la résolution des systèmes optiques et contrôler le mouvement des nanoparticules, cellules individuelles, virus ou bactéries. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans Lettres d'optique et Rapports scientifiques .

"Le crochet photonique se forme lorsque nous dirigeons une onde lumineuse plane vers une particule diélectrique de forme asymétrique, " dit Alexandre Shaline, directeur du Laboratoire international de nano-opto-mécanique à l'Université ITMO. "Nous avons étudié une particule appelée cuboïde. Elle a l'apparence d'un cube avec un prisme situé sur un côté. En raison de cette forme, le temps de la phase complète des oscillations de l'onde varie irrégulièrement dans la particule. Par conséquent, le faisceau lumineux émis se courbe."

Les scientifiques ont montré que le rayon de courbure du crochet photonique peut être beaucoup plus petit que sa longueur d'onde. La courbure peut également être ajustée en faisant varier la longueur d'onde, polarisation de la lumière incidente ainsi que les paramètres géométriques de la particule émettrice. Cette propriété peut être utilisée pour rediriger un signal optique, pour surmonter la limite de diffraction dans les systèmes optiques ou pour déplacer des particules individuelles à l'échelle nanométrique.

"Cette idée a d'abord été suggérée par nos collègues de l'Université d'État de Tomsk. Dès que nous avons fait les calculs nécessaires et décrit ce phénomène, nous avons décidé de vérifier si un crochet à photons pouvait être utilisé en optomécanique, " - dit Sergueï Soukhov, chercheur à l'Université de Floride centrale - "Il s'est avéré qu'avec un crochet photonique, nous pouvons fabriquer un manipulateur pour déplacer des particules le long d'un chemin courbe autour d'obstacles transparents. Ceci est possible en raison de la pression de rayonnement et de la force optique du gradient. Lorsqu'une particule frappe la région de la plus haute intensité du faisceau, la force de gradient le maintient à l'intérieur du faisceau tandis que la pression de rayonnement le pousse le long de la trajectoire incurvée de propagation du flux d'énergie."

Une telle méthode de contrôle du mouvement des particules est prometteuse pour l'optofluidique. Cette technologie utilise des faisceaux lumineux pour diriger des micro-flux de nano- et microparticules dissoutes. Cela permet aux scientifiques de fabriquer des micro-réacteurs sur puces et d'étudier, par exemple, bactéries, des virus ou des cellules individuelles.

"Nous allons maintenant faire une expérience et tenter de déplacer des bactéries le long d'une trajectoire courbe avec un crochet photonique, " Alexandre poursuit. " Tout d'abord, nous devons obtenir le crochet lui-même dans des conditions expérimentales. Nous devons vérifier, par exemple, si un substrat sous notre cuboïde affecterait l'émission du crochet. Ensuite, nous allons fabriquer un prototype du micro-réacteur et étudier comment les particules se déplacent."

La base théorique des expériences à venir comprend deux articles qui ont déjà retenu l'attention de la communauté scientifique. "L'article de référence décrivant le crochet photonique lui-même a été suivi d'un article sur son application optomécanique, " dit Sergey. " Même avant la publication du premier article, Le MIT l'a inclus dans sa revue hebdomadaire des prépublications les plus intéressantes. Mais cela a également soulevé beaucoup de questions de la part des critiques. Peu de temps après sa publication, il a atteint le top des téléchargements sur le Lettres d'optique site Internet. À ce moment, le deuxième article sur l'optomécanique a été accepté pour impression. Nous espérons que les résultats de nos expériences susciteront encore plus d'intérêt."