Nanotecnologia

Raio trator consegue puxar nanopartículas

Raio trator consegue puxar nanopartículas
As nanopartículas A e B são puxadas pelo feixe de laser (A' para A, B' para B) e continuam se movendo enquanto o laser estiver ligado. [Imagem: Novitsky et al./PRL]

Um laser, um raio

Os raios tratores dos filmes de ficção científica, capazes de capturar espaçonaves inteiras, continuam lá, no reino da ficção.

No mundo da nanotecnologia, contudo, eles estão bem aqui, na realidade.

O primeiro nano-raio trator foi demonstrado na prática, em 2010, uma espécie de "cano de luz", capaz de levar nanopartículas para um lado e para o outro.

Agora, cientistas da Dinamarca e de Cingapura demonstraram que é possível construir um nano-raio trator ainda mais versátil, um que consista realmente de um único feixe de luz, capaz não apenas de empurrar, mas também de puxar uma nanopartícula.

Raio trator verdadeiro

Desde os trabalhos de Einstein e Max Planck já se sabe que a luz carrega um momento que é capaz de dar um ligeiro empurrão em um objeto.

Isto é suficiente para fazer um "raio empurrador", que é o princípio de funcionamento das já tradicionais pinças ópticas, usadas para manipular nanopartículas e até mesmo células vivas.

Depois se demonstrou que, variando a intensidade da luz ao longo do próprio feixe de luz é possível empurrar a partícula de lado.

Mas a possibilidade de construção de um raio trator verdadeiro, capaz de puxar a partícula com um único feixe de luz, ainda não tinha sido demonstrada.

Andrey Novitsky e seus colegas descobriram que, usando um laser cujo feixe é uniforme - ou seja, sem a necessidade de um gradiente de energia - é possível fazer com que os fótons sejam "desviados" para a frente, e não refletidos para trás, como ocorre normalmente.

Assim, em vez de empurrar a partícula, o raio puxa a partícula em direção à origem do raio de luz, configurando um raio trator verdadeiro.

Raio trator consegue puxar nanopartículas
As ondas sobrepostas produzem um feixe de luz cuja intensidade permanece constante ao longo do seu comprimento, mas no qual cada fóton move-se para a frente em um ângulo diferente em relação ao feixe - é o chamado feixe de Bessel. [Imagem: Egmason/Wikimedia Commons]

Ondas sobrepostas

O truque está em gerar um laser com ondas sobrepostas, que façam um ângulo em relação à direção desejada do movimento.

Essas ondas sobrepostas produzem um feixe de luz cuja intensidade permanece constante ao longo do seu comprimento, mas no qual cada fóton move-se para a frente em um ângulo diferente em relação ao feixe - é o chamado feixe de Bessel.

A luz polariza o material do objeto elétrica e magneticamente, o que faz o objeto começar a irradir e redirecionar a luz.

Sincronizando corretamente as diversas ondas no feixe, é possível fazer com que o objeto irradie mais luz para a frente do que para trás, o que faz com que ele dê marcha-a-ré em relação ao feixe de laser.

Manipulação de células

O efeito, e sua eficiência, vão depender das propriedades elétricas e magnéticas das partículas.

"Esses feixes não seriam muito adequados para puxar uma pessoa ou um carro, já que isso iria exigir uma intensidade do laser tão grande que iria danificar o objeto," disse o Dr. Haifeng Wang, um dos autores da proposta.

Entretanto, o raio trator poderia ser útil para ajudar na montagem de nanomáquinas e MEMS, ou para manipular células biológicas, já que a força necessária para isso não precisa ser muito grande.

Isso permitirá construir sistemas de manipulação óptica mais simples do que as pinças ópticas, já que poderá ser usado um único feixe de luz.

Bibliografia:

Single Gradientless Light Beam Drags Particles as Tractor Beams
Andrey Novitsky, Cheng-Wei Qiu, Haifeng Wang
Physical Review Letters
Vol.: 107, 203601
DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.203601




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