Свет для вращения «нанотурбины»
 Вращение несимметричной углеродной нанотрубки. |
|
||||||||
Свет (электромагнитная волна) может рассматриваться не только с точки зрения волновых законов, но и как поток частиц (фотонов); это один из основных постулатов квантовой механики, получивший название квантово-волновой дуализм. В то время как интерференция и дифракция света объясняются волновой природой, фотоэффект и некоторые другие явления удается объяснить только при помощи корпускулярного подхода. Явление давления света занимает некое «промежуточное» положение: еще Максвелл предложил его теорию в рамках «волновых представлений», но наиболее просто она выглядит, если рассматривать свет как поток частиц. В упрощенном виде объяснение выглядит следующим образом: при освещении какого-либо объекта, фотоны ударяются от него, неизбежно передавая определенный импульс, другими словами, оказывая давление.
Сила, с которой фотоны «давят» на освещаемые объекты слишком мала, чтобы чувствоваться в повседневной жизни. В научном и околонаучном мире существовало множество проектов, каким образом можно применить световое давление на практике, к примеру, была выдвинута идея создания солнечного паруса для перемещения в космическом пространстве. Но ни один из этих проектов не был реализован на практике.
Сила светового давления все-таки может использоваться «во благо», если сконцентрировать достаточно большой поток фотонов на достаточно малом объекте. К примеру, если сфокусировать луч лазера на микроскопическом объекте, который надо точно позиционировать во время эксперимента. Такая техника «захватывает» объект в оптическую ловушку в фокусе лазерного луча; она известна достаточно давно и носит название «оптический пинцет». Методика позволяет поднимать и перемещать такие объекты, как одиночные атомы, биологические клетки и т.п.
До сих пор «оптический пинцет» использовался лишь для поступательного перемещения объектов. Возможно ли с помощью него вращение? Чтобы узнать ответ на этот вопрос, группа ученых из Великобритании и Италии использовала несимметричные наноструктуры (такие, как связки углеродных нанотрубок или наностержней золота), находящиеся в водном растворе. Исследователи разработали методику, позволяющую точно определять вращение подобных несимметричных наноструктур в оптической ловушке. Для этого они анализировали при помощи фотодиодов интерференцию двух световых потоков: потока, непосредственно формирующего оптическую ловушку, и света, рассеянного несимметричной наноструктурой. Такой подход позволял измерить не только положение наноструктуры, но и ее ориентацию в пространстве.
Проведенный эксперимент показал, что при помощи света можно достаточно хорошо управлять роторами из нанотрубок и наностержней. Простые в управлении нанороторы, построенные таким образом, в будущем могут использоваться для создания следующего поколения измерительных приборов, а также любых наноустройств, конструкция которых включает вращающиеся элементы.
Также по теме:
Источники: