¿Es posible impulsar nanopartículas a orbitar por debajo del límite de difracción de luz utilizando un rayo gaussiano? Un reciente proyecto de investigación conjunta informado en Comunicaciones de la naturaleza dice que si.

Es bien sabido que la luz posee no solo energía sino también impulso. Cuando la luz irradia un objeto, el impulso se transfiere al objeto, generando así una ligera presión sobre el objeto. A escala microscópica, las micropartículas y nanopartículas (como biocélulas y macromoléculas) pueden manipularse mediante la fuerza de la luz. Los átomos se pueden enfriar con una ligera presión para lograr relojes atómicos, Condensación de Bose-Einstein, etcétera.

Además de que el momento lineal de la luz es transferible, el momento angular de la luz también se puede transferir a un objeto, provocando así la rotación del objeto. Dado que la conversión de la cantidad de movimiento generalmente se deriva de la interacción lineal entre la luz y los objetos, la velocidad de rotación orbital y el radio orbital se han limitado hasta ahora a no más de 100 Hz en el agua y no menos de un micrómetro, respectivamente.

Recientemente, sin embargo, un equipo dirigido por el profesor Jiang Yuqiang del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo de la Academia de Ciencias de China, en colaboración con el profesor Qiu Chengwei de la Universidad Nacional de Singapur, Prof. Yang Yuanjie de la Universidad de Ciencia y Tecnología Electrónica de China, y el Prof. Xiao Liantuan de la Universidad de Shanxi, ha superado estos límites.

Basado en el efecto óptico no lineal, los investigadores han logrado una velocidad de rotación orbital ultrarrápida para nanopartículas en la escala de subdifracción.

Los investigadores atraparon nanopartículas de oro utilizando un rayo láser de femtosegundo NIR polarizado circularmente con un modo gaussiano. En el régimen de interacción lineal, las partículas atrapadas solo giran en el centro del haz. En el régimen no lineal, sin embargo, un pozo de potencial anular se puede formar por el efecto de la 'trampa dividida, 'y la fuerza óptica tangencial mejorada por la polarización no lineal entre el láser de femtosegundos y las nanopartículas de oro hace que las partículas orbiten a una velocidad ultrarrápida en el pozo de la trampa anular.

Como resultado, el momento angular de giro de la luz se convierte en el momento angular orbital de las partículas con una eficiencia súper alta.

En este trabajo, el radio mínimo de rotación fue de aproximadamente 70 nm, que está muy por debajo del límite de difracción. La velocidad de rotación orbital más alta excedió 1000r / s, un pedido más rápido que las velocidades informadas anteriormente.

El estudio revela un nuevo mecanismo de conversión del momento angular de espín en momento angular orbital, y proporciona un nuevo método de manipulación de la luz.

Dado que el radio orbital y la velocidad de rotación orbital se pueden controlar ajustando la potencia del láser de femtosegundos, el NA de la lente del objetivo, y el material de las nanopartículas, se puede aplicar ampliamente en varios campos, como micromáquinas ópticas, nanoreología, microfabricación láser, etcétera.