Un equipo de investigación internacional ha descubierto un nuevo tipo de haz de luz curvo llamado "gancho fotónico". Los ganchos fotónicos son únicos, ya que su radio de curvatura es dos veces menor que su longitud de onda. Este es el radio de curvatura más pequeño de ondas electromagnéticas jamás registrado. Los ganchos fotónicos pueden mejorar la resolución de los sistemas ópticos y controlar el movimiento de nanopartículas, células individuales, virus o bacterias. Los resultados de esta investigación se publicaron en Letras de óptica y Informes científicos .

"El gancho fotónico se forma cuando dirigimos una onda de luz plana a una partícula dieléctrica de forma asimétrica, "dice Alexander Shalin, jefe del Laboratorio Internacional de Nano-opto-mecánica de la Universidad ITMO. "Estudiamos una partícula llamada cuboide. Tiene la apariencia de un cubo con un prisma ubicado en un lado. Debido a esta forma, el tiempo de la fase completa de las oscilaciones de onda varía irregularmente en la partícula. Como resultado, el haz de luz emitido se dobla ".

Los científicos han demostrado que el radio de curvatura del gancho fotónico puede ser mucho más pequeño que su longitud de onda. La curvatura también se puede ajustar variando la longitud de onda, polarización de la luz incidente, así como parámetros geométricos de la partícula emisora. Esta propiedad se puede utilizar para redirigir una señal óptica, para superar el límite de difracción en sistemas ópticos o para mover partículas individuales a nanoescala.

"Esta idea fue inicialmente sugerida por nuestros colegas de la Universidad Estatal de Tomsk. Tan pronto como hicimos los cálculos necesarios y describimos este fenómeno, decidimos comprobar si un gancho de fotones podría utilizarse en optomecánica, "- dice Sergey Sukhov, investigador de la Universidad de Florida Central - "Resultó que con un gancho fotónico, podemos hacer un manipulador para mover partículas a lo largo de una trayectoria curva alrededor de obstáculos transparentes. Esto es posible debido a la presión de radiación y al gradiente de fuerza óptica. Cuando una partícula golpea la región de mayor intensidad del haz, la fuerza del gradiente lo mantiene dentro del haz mientras que la presión de la radiación lo empuja a lo largo de la trayectoria curva de propagación del flujo de energía ".

Un método de control de este tipo sobre el movimiento de partículas es prometedor para los optofluídicos. Esta tecnología utiliza rayos de luz para dirigir microcorrientes de nanopartículas y micropartículas disueltas. Esto permite a los científicos fabricar micro-reactores en chips e investigar, por ejemplo, bacterias virus o células individuales.

"Ahora vamos a hacer un experimento e intentar mover las bacterias a lo largo de una trayectoria curva con un gancho fotónico, "Alexander continúa." En primer lugar, necesitamos obtener el gancho en sí en condiciones experimentales. Tenemos que comprobar por ejemplo, si un sustrato debajo de nuestro cuboide afectaría la emisión del gancho. A continuación, haremos un prototipo del micro-reactor y estudiaremos cómo se mueven las partículas ".

La base teórica de los próximos experimentos incluye dos artículos que ya han llamado la atención de la comunidad científica. "El artículo de referencia que describe el gancho fotónico en sí fue seguido de un artículo sobre su aplicación optomecánica, "Dice Sergey." Incluso antes de que se publicara el primer artículo, El MIT lo incluyó en su revisión semanal de los preprints más interesantes. Pero también generó muchas preguntas por parte de los revisores. Poco después de su publicación, llegó a las mejores descargas en el Letras de óptica sitio web. En ese momento, se aceptó la impresión del segundo artículo sobre optomecánica. Esperamos que los resultados de nuestros experimentos causen un interés aún mayor ".