Raio trator a laser puxa, breca e empurra partículas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/10/2014

As micropartículas são movimentadas no interior de um feixe oco de laser.
[Imagem: Vladlen Shvedov et al. - 10.1038/nphoton.2014.242]

Puxa e empurra

Físicos australianos construíram um raio trator que consegue atrair e repelir objetos de dimensões micrométricas.

As partículas ainda são pequenas, mas o avanço é significativo em relação aos raios tratores fotônicos anteriores.

O primeiro raio trator foi demonstrado na prática em 2010, mas foi apenas em 2012 que surgiu um mecanismo capaz de puxar e empurrar nanopartículas usando um único feixe de luz.

O novo raio trator usa o mesmo princípio da versão de 2012, criada por uma equipe da Dinamarca e de Cingapura, mas é mais potente e opera a distâncias maiores.

Raio trator fotônico

O raio trator usa um feixe de laser "oco" para movimentar partículas com até 0,2 milímetro de diâmetro a uma distância de até 20 centímetros - dezenas de vezes mais do que as experiências anteriores.

Isto é suficiente para manipular partículas em experimentos de laboratório, mas a equipe já imagina ampliar seu alcance.

"Como os lasers mantêm a qualidade de feixe a longas distâncias, isto poderia funcionar por metros. Nosso laboratório simplesmente não era grande o suficiente para demonstrar isto," disse Vladlen Shvedov, membro da equipe.

Em vez de utilizar o momento dos fótons para transmitir energia e movimentar as partículas, o feixe trator usa a energia do laser para aquecer as partículas e o ar à sua volta.

As partículas ficam presas no centro escuro do feixe oco de luz, mas são atingidas tangencialmente pela energia do laser, o que cria pontos quentes em sua superfície. As partículas de ar que colidem com os pontos quentes se aquecem e saltam para fora da superfície da partícula, o que faz com que ela recue, no sentido oposto ao do laser.

O controle do laser permite manipular a micropartícula com precisão.
[Imagem: Vladlen Shvedov et al. - 10.1038/nphoton.2014.242]

Para puxar a partícula, é necessário controlar a localização dos pontos quentes, o que é feito ajustando a polarização do feixe de laser.

"Nós idealizamos uma técnica que cria estados incomuns de polarização no feixe de laser em forma de anel, tais como axial (forma de estrela) ou azimutal (polarização em anel)," disse Cyril Hnatovsky, outro membro do grupo.

Como é possível variar suavemente de uma polarização para outra, o raio trator permite empurrar, parar e reverter a direção da partícula.

Tipos de raios tratores

O que surge como uma vantagem para a manipulação de micropartículas, contudo, vira um inconveniente quando se pensa em ampliar a escala dos objetos que podem ser manipulados.

Além de as partículas precisarem ter propriedades bem definidas - a equipe usou partículas de vidro oco revestidas de ouro - a energia do laser precisaria crescer proporcionalmente à massa do objeto sendo manipulado. Isto significa que, além de uma determinada dimensão, a energia do laser danificaria o objeto.

Por outro lado, alguns pesquisadores defendem que, embora só sejam capazes de manipular partículas muito pequenas aqui embaixo, um raio trator fotônico seria capaz de movimentar objetos bem maiores no espaço.

Além dos raios tratores fotônicos, já existem também raios tratores sônicos, que operam com ondas sonoras, e raios tratores aquáticos, baseados em ondas mecânicas.

Mais tópicos