Des physiciens de l'Université ITMO ont développé un modèle de faisceau tracteur optique pour capturer des particules à base de nouveaux matériaux artificiels. Un tel faisceau est capable de déplacer des particules ou des cellules vers la source de rayonnement. L'étude a montré que les métasurfaces hyperboliques sont prometteuses pour des expériences sur la création du faisceau tracteur, ainsi que pour ses applications pratiques. Les résultats sont publiés dans ACS Photonique .

Les poutres de traction sont familières à beaucoup, Grace à Guerres des étoiles , Star Trek et d'innombrables représentations d'enlèvements d'OVNI. Pourtant, les scientifiques essaient d'obtenir de tels faisceaux en réalité, et il existe déjà plusieurs manières de faire avancer des objets vers une source de lumière. Jusque là, cependant, ces objets sont représentés par de petites particules et des atomes au lieu de vaches entières.

Des chercheurs de l'Université ITMO ont récemment suggéré d'utiliser des métamatériaux pour créer de tels faisceaux tracteurs. Les métamatériaux sont des structures périodiques artificielles aux propriétés optiques inhabituelles constituées d'éléments répétitifs. Par exemple, les métamatériaux peuvent supporter des modes hyperboliques :des états particuliers du champ électromagnétique apparaissant lorsque le métamatériau interagit avec la lumière. De tels états aident à contrôler les forces optiques qui influencent les objets à la surface du matériau, et, comme il s'avère, peut aider à déplacer les particules vers la source lumineuse.

"Notre travail est entièrement consacré à la création de faisceaux tracteurs basés sur des méta-surfaces ainsi qu'à l'étude de la physique sous-jacente. Nous avons découvert que cet effet apparaît en raison de la propagation de modes hyperboliques dans les métamatériaux. De tels modes agissent comme une diffusion supplémentaire canal et, selon la loi de conservation de la quantité de mouvement, peut pousser la particule en direction de la source lumineuse. À la fois, les métamatériaux présentent un certain nombre d'autres avantages par rapport aux méthodes alternatives d'obtention du faisceau tracteur. Par conséquent, les métasurfaces sont plus pratiques pour une utilisation pratique, " dit Alexandre Shaline, le responsable du laboratoire de nano-optomécanique de l'Université ITMO.

En 2016, des scientifiques de l'Université ITMO ont proposé un autre modèle de faisceau tracteur basé sur la résonance plasmonique et la propagation d'ondes plasmoniques de surface, c'est-à-dire les oscillations du gaz d'électrons près de la surface du métal. Le substrat plat a permis aux chercheurs de travailler avec toute la surface du matériau au lieu de petites zones, comme dans les pinces à plasmon classiques. Cependant, les nouveaux travaux ont montré que les métamatériaux basés sur des structures plates qui supportent à la fois les modes hyperbolique et plasmon peuvent devenir une base encore meilleure pour les faisceaux tracteurs. Les métasurfaces et les métamatériaux fonctionnent avec la lumière dans toute la gamme de longueurs d'onde visibles et gèrent mieux les pertes d'énergie. Tout cela les rend prometteurs pour la mise en œuvre expérimentale des faisceaux tracteurs.

« Dans les travaux futurs, nous prévoyons de mener des expériences pour obtenir les faisceaux tracteurs. Il s'agit d'une étape obligatoire vers l'application pratique de ce phénomène. Dans le futur proche, cette technologie ne nous aidera pas à attirer des vaisseaux spatiaux et à kidnapper des vaches, mais il peut toujours être utilisé, par exemple, pour créer des pièges spéciaux pour les particules et les cellules ou pour effectuer des réactions chimiques de manière sélective, " dit Alexandra Ivinskaya, le premier auteur de l'article.