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Il raggio attira gli oggetti

24.01.2013

Un gruppo di fisici guidato da Pavel Zemanek dell'Istituto di strumenti scientifici dell'Accademia ceca delle scienze di Brno ha sviluppato un prototipo sperimentale di un tale dispositivo in grado di attrarre e spostare microparticelle sufficientemente grandi. Come notano i ricercatori, oggi esistono diversi approcci teorici per creare un raggio di attrazione. Alcuni di essi si basano su sviluppi già esistenti nel campo della manipolazione ottica della materia, come le "pinze leggere" o le trappole ottiche. Altri usano un raggio laser, "roteato" in un modo speciale, o una combinazione di più flussi di luce.

Zemanek e colleghi hanno adottato quest'ultimo approccio. Secondo loro, consente di catturare particelle abbastanza grandi, le cui dimensioni possono raggiungere 300-400 nm. Questo lo distingue favorevolmente da altri tipi di "fasci attrattivi" in grado di muovere solo singoli atomi o nanoparticelle di pochi nanometri.

L'invenzione di Zemanek e dei suoi colleghi consiste in due laser, uno specchio speciale e un computer che controlla la polarizzazione e altre caratteristiche degli emettitori. In questo caso lo specchio non è un componente necessario, ma aiuta il raggio del trattore a sollevare gli oggetti catturati, aumentandone così la massa massima possibile. Durante il funzionamento del dispositivo, i raggi laser con una frequenza e una polarizzazione appositamente selezionate catturano la particella in studio. In questo momento, la loro polarizzazione e alcune altre caratteristiche del raggio laser rimangono le stesse, per cui la posizione della particella è fissata. Per spostare la particella in una direzione arbitraria, gli scienziati cambiano la polarizzazione del raggio e la posizione di uno dei laser.

Il gruppo di Zemanek ha testato la loro invenzione tentando di "catturare" e spostare una delle numerose palline di polistirolo, di diametro compreso tra 100 e 410 nm, che galleggiano nell'acqua. Secondo i fisici, la loro invenzione ha funzionato bene: in media, gli scienziati sono stati in grado di spostare la palla di 25-30 micron dalla sua posizione originale. Questo risultato è un record per dispositivi di questo tipo. Secondo gli scienziati, la portata del trasporto può essere facilmente aumentata aumentando la potenza del raggio laser. Gli autori dell'articolo hanno continuato l'esperimento ordinando le palline per dimensione.

Zemanek e i suoi colleghi suggeriscono che questo dispositivo nella sua forma attuale può già essere utilizzato come uno dei componenti dei microscopi, consentendo agli scienziati di catturare singole particelle di materia o cellule viventi e spostarle nella giusta direzione. Inoltre, l'ulteriore sviluppo di questa tecnologia potrebbe diventare la base per i raggi del trattore "cosmici", con i quali gli astronauti cattureranno satelliti difettosi o frammenti di asteroidi.

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Energia dallo spazio per Starship 08.05.2024

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Nuovo metodo per creare batterie potenti 08.05.2024

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Contenuto alcolico della birra calda 07.05.2024

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Come catturare un arcobaleno 26.02.2013

Gli ingegneri dell'Università di Buffalo hanno sviluppato il modo più efficiente per catturare un arcobaleno. Questo è un grande risultato nella fotonica, che, a sua volta, può portare a ulteriori scoperte tecnologiche: nell'energia solare, nelle tecnologie stealth e in altre aree di ricerca. Il dottor Kua-kuang Gan, assistente professore di ingegneria elettrica presso UB, e il suo team di studenti laureati hanno descritto il loro lavoro in un articolo pubblicato a febbraio sulla rivista online Science Reports.

Hanno sviluppato una "guida d'onda metamateriale iperbolica", che è essenzialmente un microchip all'avanguardia realizzato con pellicole alternative ultrasottili di metalli e semiconduttori. Qual è l'essenza della trappola dell'arcobaleno? Per catturarlo, devi inviare luce nella guida d'onda, che si restringe così tanto da fermarsi e alla fine assorbe la luce che non potrebbe passare attraverso il foro a meno di una lunghezza d'onda.

"Gli assorbitori elettromagnetici sono stati attivamente studiati per molti anni, soprattutto per applicazioni nei sistemi radar militari", ha affermato Gan. "I ricercatori stanno ora sviluppando assorbitori di luce compatti basati su semiconduttori ottici spessi e nanotubi di carbonio. Tuttavia, è ancora difficile realizzare l'ideale assorbente in film ultrasottili con una banda di assorbimento regolabile. Tuttavia, siamo stati in grado di sviluppare tali film".

Nei loro tentativi iniziali di rallentare la luce, i ricercatori hanno fatto affidamento sui gas criogenici. Ma dal momento che sono molto freddi - circa 240 gradi sotto zero Fahrenheit - è difficile lavorarci fuori dal laboratorio. Le guide d'onda fatte di metamateriali iperbolici risolvono questo problema perché possono raccogliere efficacemente la luce incidente su grandi superfici. Sono chiamati mezzi artificiali con caratteristiche di lunghezza d'onda, la cui superficie iperboloide consente di catturare la luce in un'ampia gamma di lunghezze d'onda: visibile, vicino infrarosso, medio infrarosso, terahertz e microonde. Hanno una portata molto ampia.

Ad esempio, in elettronica esiste un fenomeno noto come diafonia, in cui un segnale trasmesso in un circuito o canale crea un effetto indesiderato in un altro circuito. Il chip assorbitore descritto può potenzialmente impedirlo. L'assorbitore integrato può essere utilizzato in pannelli solari e altri dispositivi energetici. Sono particolarmente utili per riciclare il calore dopo il tramonto.

E per i militari, è particolarmente importante utilizzare questi chip per la tecnologia Stealth, in materiali che rendono gli aerei, le navi e altre apparecchiature invisibili a radar e sonar. Poiché i chip consentono di assorbire radiazioni di varie lunghezze d'onda, possono essere utilizzati come materiale di rivestimento per aumentare la furtività.

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