Quand tu fais briller un rayon de lumière sur ta main, tu ne ressens pas grand chose, à l'exception d'un peu de chaleur générée par le faisceau. Lorsque vous projetez cette même lumière dans un monde mesuré à l'échelle nano ou micro, la lumière devient un puissant outil de manipulation que vous pouvez utiliser pour déplacer des objets - piégés en toute sécurité dans la lumière.

Des chercheurs du groupe Structured Light de la School of Physics de l'Université du Witwatersrand à Johannesburg, Afrique du Sud, ont trouvé un moyen d'utiliser le faisceau complet d'une lumière laser, contrôler et manipuler des objets minuscules tels que des cellules individuelles dans un corps humain, minuscules particules dans la chimie des petits volumes, ou travailler sur de futurs appareils sur puce.

Alors que la technique spécifique, appelé piégeage optique holographique et pince à épiler, n'est pas nouveau, les chercheurs de Wits ont trouvé un moyen d'utiliser de manière optimale toute la force de la lumière, y compris la lumière vectorielle qui n'était pas disponible auparavant pour cette application. Cela forme le premier piège holographique vectoriel.

"Auparavant, les pièges holographiques étaient limités à des classes particulières de lumière (lumière scalaire), il est donc très excitant que nous puissions révéler un dispositif holistique qui couvre toutes les classes de lumière, y compris la réplication de tous les dispositifs de piégeage précédents, " Professeur Andrew Forbes, chef d'équipe de la collaboration et professeur émérite à l'École de physique où il dirige le laboratoire de lumière structurée Wits.

"Ce que nous avons fait, c'est que nous avons démontré le premier système de piégeage et de pincement optique holographique vectoriel. L'appareil permet des particules de taille micrométrique, comme les cellules biologiques, être capturé et manipulé uniquement avec la lumière."

Le dispositif final pourrait piéger plusieurs particules à la fois et les déplacer uniquement avec des états vectoriels de lumière. Les expériences de cette étude ont été réalisées par Nkosi Bhebhe dans le cadre de ses études doctorales. L'ouvrage est publié dans La nature le journal en ligne de, Rapports scientifiques .

Dans les systèmes de piégeage optique et de pince à épiler conventionnels, la lumière est focalisée très étroitement dans un petit volume qui contient de petites particules, telles que les cellules biologiques. A cette petite échelle (typiquement micro- ou nanomètres) les forces que la lumière peut exercer sont importantes, ainsi les particules peuvent être piégées par la lumière puis contrôlées. Comme la lumière est déplacée, les particules se déplaceront avec elle. Cette idée a valu au scientifique américain Arthur Ashkin le prix Nobel de physique 2018. A l'origine, la lumière était contrôlée mécaniquement avec des scènes et des miroirs, mais l'idée a ensuite été améliorée en déplaçant la lumière holographiquement, C'est, en utilisant des hologrammes générés par ordinateur pour contrôler la lumière sans pièces mobiles, contrôlant ainsi les particules. Jusqu'à présent, seules des classes spéciales de faisceaux laser, appelés faisceaux scalaires, pourraient être utilisés dans de tels pièges holographiques.

Dans leur article intitulé "Un piège optique holographique vectoriel, " les chercheurs de Wits ont montré comment créer et contrôler n'importe quel motif de lumière holographiquement, puis l'a utilisé pour former un nouveau dispositif de piégeage optique et de pince à épiler.

"En particulier, l'appareil pourrait fonctionner à la fois avec les faisceaux laser traditionnels (faisceaux scalaires) ainsi qu'avec des faisceaux vectoriels plus complexes. Les faisceaux vectoriels sont très actuels et ont trouvé de nombreuses applications, mais aucun piège holographique vectoriel n'était possible jusqu'à présent, " dit Forbes.

Les chercheurs de Wits démontrent leur nouveau piège en contrôlant holographiquement les faisceaux scalaires et vectoriels dans le même appareil, faire progresser l'état de l'art et présenter un nouvel appareil à la communauté. Le groupe s'attend à ce que le nouvel appareil soit utile dans des expériences contrôlées dans les micro- et nano-mondes, y compris les études unicellulaires en biologie et en médecine, réactions chimiques de petit volume, physique fondamentale et pour les futurs dispositifs sur puce.

Ayant déjà montré qu'il est possible de créer des centaines de motifs lumineux personnalisés à partir d'un hologramme, la recherche rassemble leurs travaux antérieurs sur le contrôle holographique de la lumière avec l'application du piégeage optique et de la pince à épiler.