A, Impulsar la locomoción de una placa rectangular sobre una superficie de fricción mediante excitaciones de ondas elásticas por absorción óptica pulsada. Tabla:relaciones entre los estados de movimiento de la placa, potencia luminosa absorbida efectiva (instantánea), fuerza de fricción y ondas elásticas. B, Estructura de banda de modos de guía de ondas elásticas en una placa de oro (ancho, w =4 µm; altura, h =60 nm). Recuadros:perfiles modales de modos elásticos fundamentales a frecuencia estática (las flechas especifican las direcciones de las oscilaciones elásticas). C, Desplazamiento deslizante de la superficie de contacto de la placa de oro (igual que en B; panel inferior) en la dirección z impulsado por un pulso óptico de nanosegundos (panel superior) con resistencia al deslizamiento por fricción Fslide =2,7 μN. D, Desplazamiento de deslizamiento estabilizado en función de la resistencia al deslizamiento, Fslide. MI, Bosquejo del movimiento en espiral observado experimentalmente. F, Secuenciación temporal de imágenes ópticas de una placa de oro hexagonal que se mueve en espiral alrededor de una microfibra. La fibra tiene un diámetro de 2 μm y la longitud lateral y el grosor de la placa son 27,72 μm y 30 nm, respectivamente. GRAMO, Coseno del ángulo de rotación Φrot (paneles superiores), desplazamiento de traslación (paneles inferiores) en función del tiempo para placas de oro con hexagonal, circular, y formas de base rectangular. Todas las barras de escala representan 15 μm. Los pulsos láser super continuos utilizados tienen una potencia media de 6,8 mW, Ancho temporal de 3 ns y tasa de repetición de 6,13 kHz. Crédito:Weiwei Tang, Wei Lv, Jinsheng Lu, Fengjiang Liu, Jiyong Wang, Wei Yan, y Min Qiu
Realizar la manipulación óptica de microobjetos en entornos no líquidos es un desafío debido a la fuerte fuerza de fricción (~ µN) que hace que la fuerza óptica (~ pN) sea insignificante. Hacia este objetivo, Científicos de la Universidad de Westlake en China demostraron movimientos en espiral de objetos microscópicos en superficies secas impulsados por pulsos de láser de nanosegundos. Revelaron el mecanismo subyacente relacionado con las interacciones entre las ondas termoelásticas y la fuerza de fricción. Los resultados allanan el camino para el desarrollo futuro de actuadores microscópicos en entornos no líquidos.
La clave de la actuación radica en aprovechar las ondas termoelásticas inducidas por la absorción óptica pulsada en microobjetos absorbentes para superar la fuerza de fricción.
En este papel, publicado en Luz:ciencia y aplicaciones , se formula una teoría que tiene en cuenta las interacciones microscópicas entre la fuerza de fricción y las ondas elásticas excitadas térmicamente, que presenta una ecuación predictiva para el umbral de potencia óptica requerida para superar la resistencia a la fricción. Los investigadores encontraron que la absorción óptica pulsada de nanosegundos con una potencia máxima en escala de mW es suficiente para controlar la fuerza de fricción en escala de µN y permitir la actuación. Con nuevos conocimientos teóricos, demostraron experimentalmente un movimiento en espiral bidimensional de placas de oro sobre microfibras impulsado por pulsos de láser de nanosegundos. Además, se descubrió que la dirección del movimiento se puede controlar ajustando mecánicamente las posiciones relativas y las configuraciones de contacto entre las placas y las microfibras, y la velocidad de movimiento podría ajustarse cambiando las tasas de repetición de pulso y la potencia del pulso.
En cuanto a las posibles aplicaciones, Los autores explicaron que "el esquema de actuación propuesto puede, en principio, encontrar aplicaciones prácticas en varios campos que requieren manipular con precisión microobjetos en entornos no líquidos. Por ejemplo, integrando nuestra técnica con una red acoplada con guía de ondas en chip, En principio, se puede lograr la modulación óptica ajustando las posiciones de una placa de oro en la parte superior de la guía de ondas para controlar la transmisión de la guía de ondas mediante el acoplamiento de sintonización entre guías de ondas cercanas. Es más, También se puede utilizar para transportar partículas dieléctricas adheridas a la superficie de una placa de oro a lo largo de una microfibra / nanoalambre. que es esencial en las tecnologías de laboratorio en un chip, p.ej., para aplicaciones de ciencias de la vida ".
