Onderzoekers van het California Institute of Technology (Caltech) hebben een manier ontwikkeld om objecten met alleen licht op te tillen en te versnellen, waardoor speciale patronen op nanoschaal op hun oppervlak ontstaan.
Ondanks het feit dat het werk nog steeds puur theoretisch is, is dit een stap in de richting van de ontwikkeling van een ruimtevaartuig dat de dichtstbijzijnde planeet buiten het zonnestelsel in slechts 20 jaar kan bereiken, met alleen licht als brandstof. Een artikel waarin de studie werd beschreven, werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Photonics.
Tientallen jaren geleden stelde de ontwikkeling van zogenaamde optische pincetten wetenschappers in staat om kleine objecten, zoals nanodeeltjes, te verplaatsen en te manipuleren met behulp van lichte druk van een fijn afgestemde straal laserlicht. Dit werk leidde Arthur Ashkin naar de Nobelprijs voor natuurkunde in 2018. Met een optisch pincet kunnen echter alleen zeer kleine objecten en op extreem korte afstanden worden gemanipuleerd.
"Een pingpongbal kan worden opgetild met een constante stroom lucht uit een föhn", legt hoofdauteur Ognjen Ilic uit. 'Maar het zou niet hebben gewerkt als de pingpongbal te groot was, of te ver van de föhn, enzovoort.'
Engineering optische anisotropie voor zelfstabiliserende manipulatie / Atwater laboratorium.
Volgens nieuw onderzoek kan een lichtstraal objecten van verschillende soorten en maten manipuleren, van micrometers tot meters. De sleutel ligt in het creëren van speciale patronen op nanoschaal op het oppervlak van het object. Deze structuren reageren op een zodanige manier met licht dat een object zichzelf kan uitlijnen wanneer het eraan wordt blootgesteld, waardoor een herstellend moment ontstaat om in de lichtbundel te blijven. Het object heeft niet langer nauwkeurig gefocusseerde laserstralen nodig, aangezien de patronen op het oppervlak zijn ontworpen om de stabiliteit te "versleutelen". Bovendien kan de lichtbron miljoenen kilometers van het object verwijderd zijn.
"We hebben een methode ontwikkeld die macroscopische objecten kan optillen", zegt Harry Atwater. - Deze techniek kan op een zeer interessante manier worden gebruikt - als een middel om een nieuwe generatie ruimtevaartuigen te versnellen. We zijn er nog lang niet van, maar we zijn deze principes aan het testen."
In theorie zou zo'n ruimtevaartuig kunnen worden bekleed met de noodzakelijke structuren op nanoschaal en vervolgens kunnen worden versneld met laserlicht op de grond. Zonder brandstof aan boord zal het in staat zijn om zeer hoge, zelfs relativistische snelheden en mogelijk zelfs andere sterren te bereiken.
Promotie video:
Volgens Atwater kan de technologie op aarde worden gebruikt om snel veel kleinere objecten zoals printplaten te produceren.
Vladimir Guillen
