Cientistas projetam uma maneira de levitar e propelir objetos usando apenas luz

• Embora ainda teórica, a tecnologia pode ser usada para levitar objetos de diferentes tamanhos e formas com um feixe de luz.
• Também poderia ser usado para desenvolver espaçonaves propelidas a laser para exploração espacial.

A capacidade da luz de exercer forças e torques é uma das principais características da manipulação óptica de materiais. Para tornar esta manipulação estável, a fonte deve exibir um potencial de captura forte o suficiente.

Nas últimas décadas, os cientistas criaram várias abordagens para a manipulação mecânica à base de luz, principalmente pinças ópticas que usam a pressão radiativa de um feixe de laser para mover e manipular objetos minúsculos. Esse método serviu de base para o Prêmio Nobel de Física de 2018.

Atualmente, os cientistas têm se concentrado na dinâmica da levitação em sistemas optomecânicos para realizar a superposição mecânica quântica e o resfriamento do estado fundamental.

A maioria das técnicas existentes, entretanto, só pode manipular objetos microscópicos em distâncias muito curtas. É como levitar uma bola de pingue-pongue usando um jato de ar de um secador de cabelo. Não funcionaria se a bola fosse muito pesada ou se estivesse muito longe do secador de cabelo.

Recentemente, pesquisadores do California Institute of Technology revelaram um método que pode ser usado para manipular objetos de diferentes tamanhos e formas com um feixe de luz. O feito teórico se baseia em padrões únicos em nanoescala gravados na superfície do objeto movido a luz.

Como funciona?

Os padrões únicos em nanoescala interagem com a luz de uma maneira que o objeto pode se equilibrar no ar, gerando um torque de restauração para mantê-lo no feixe. Esses padrões são capazes de codificar sua própria estabilidade, eliminando a necessidade de feixes de laser altamente focalizados. Na verdade, a fonte de luz pode estar a milhões de quilômetros de distância.

Referência:Nature Photonics | doi:10.1038 / s41566-019-0373-y | Caltech

Esta manipulação óptica autoestabilizadora de objetos macroscópicos poderia ser obtida controlando a anisotropia de espalhamento de luz ao longo da superfície do objeto.

Anisotropia óptica de engenharia para manipulação autoestabilizadora | Cortesia de pesquisadores

Os pesquisadores procuraram assimetria na resposta óptica para garantir que um torque de restauração possa ser produzido para uma estrutura que é deslocada de sua orientação de equilíbrio. Eles enfatizaram a criação de uma resposta apropriada como um efeito coletivo e desenvolveram um grupo de elementos nanofotônicos que podem exibir uma dinâmica passiva de auto-restauração.

Aplicativos

Embora ainda teórica, a tecnologia pode ser usada para desenvolver espaçonaves movidas a luz que podem visitar planetas fora do nosso sistema solar. É um longo caminho a percorrer, mas os pesquisadores estão atualmente testando os princípios.

A espaçonave poderia ser gravada com padrões de nanoescala especiais e alimentada / acelerada por um feixe de laser baseado na Terra. Eles seriam capazes de atingir velocidades relativísticas e possivelmente visitar estrelas distantes, sem carregar nenhum combustível.

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Mas antes que essa teoria da propulsão da luz seja usada para alimentar espaçonaves, ela poderia impulsionar a fabricação de objetos menores, como placas de circuito.