Des métavéhicules microscopiques alimentés uniquement par la lumière —

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  • Des chercheurs de l’Université de technologie Chalmers, en Suède, ont réussi à créer de minuscules véhicules alimentés uniquement par la lumière. En superposant une métasurface optique sur une particule microscopique, puis en utilisant une source lumineuse pour la contrôler, ils ont réussi à déplacer les minuscules véhicules de diverses manières complexes et précises – et même à les utiliser pour transporter d’autres objets.

    La lumière a un pouvoir inhérent de déplacer des objets microscopiques – une propriété précédemment utilisée pour développer l’idée de recherche lauréate du prix Nobel de «pince à épiler optique», qui utilise un faisceau laser hautement focalisé pour contrôler et manœuvrer de minuscules particules avec une précision incroyable.

    Aujourd’hui, un groupe de recherche de l’Université de technologie Chalmers et de l’Université de Göteborg a montré comment même une lumière non focalisée peut être utilisée pour manœuvrer des particules microscopiques de manière contrôlée. Leurs recherches ont été récemment publiées dans la revue Nature Nanotechnology.

    Les chercheurs ont fabriqué des véhicules à une échelle de 10 micromètres de large et 1 micromètre d’épaisseur – un millième de millimètre. Les véhicules étaient constitués d’une minuscule particule, recouverte d’un élément connu sous le nom de « métasurface ». Les métasurfaces sont des arrangements ultra-minces de nanoparticules soigneusement conçues et ordonnées, conçues pour diriger la lumière de manière intéressante et inhabituelle. Ils offrent des possibilités fascinantes d’utilisation dans des composants avancés pour des applications optiques telles que des caméras, des microscopes et des écrans électroniques. Habituellement, ils ont tendance à être considérés comme des objets fixes, leur utilisation étant considérée comme la capacité de contrôler et d’affecter la lumière. Mais ici, les chercheurs ont regardé dans l’autre sens, en étudiant comment les forces résultant du changement de quantité de mouvement de la lumière pourraient être utilisées pour contrôler la méta-surface.

    Comme deux boules de billard entrant en collision

    Les chercheurs ont pris leurs véhicules microscopiques, qu’ils ont appelés « métavéhicules », et les ont placés au fond d’un plat d’eau, puis ont utilisé un laser faiblement focalisé pour diriger une onde lumineuse plane sur eux. Par un processus purement mécanique – la chaleur générée par la lumière ne joue aucun rôle dans l’effet – les véhicules pourraient alors être déplacés dans une variété de modèles. En ajustant l’intensité et la polarisation de la lumière, les chercheurs ont réussi à contrôler le mouvement et la vitesse des véhicules avec un haut niveau de précision, en les faisant naviguer dans différentes directions et selon des schémas complexes, tels que des chiffres en huit.

    “Selon la troisième loi de Newton, pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée – cela signifie que lorsque la lumière frappe la méta-surface et est déviée dans une nouvelle direction, la méta-surface est également repoussée dans l’autre Imaginez jouer au billard, lorsque deux balles se heurtent et rebondissent dans des directions différentes. Dans ce cas, les photons et la métasurface sont comme ces deux balles de billard », explique Mikael Käll, professeur au département de physique de l’Université Chalmers. of Technology, co-auteur de l’article et responsable du projet de recherche.

    Transporter d’autres petits objets

    « Les métavéhicules étaient stables et leur navigation était hautement prévisible et contrôlable. Avec des systèmes de rétroaction automatisés avancés et un contrôle plus sophistiqué de l’intensité et de la polarisation de la source lumineuse, une navigation encore plus complexe serait possible », explique Daniel Andrén, ancien de du Département de physique de Chalmers et auteur principal de l’étude.

    Les chercheurs ont également expérimenté l’utilisation des métavéhicules comme transporteurs pour pousser de petites particules autour du réservoir. Les métavéhicules se sont avérés capables de transporter facilement des objets, notamment une bille de polystyrène microscopique et une particule de levure à travers l’eau. Ils ont même réussi à pousser une particule de poussière 15 fois la taille du métavéhicule lui-même.

    Pour le moment, les applications pratiques de cette découverte sont peut-être loin. Mais la nature fondamentale de la recherche signifie que sa valeur n’est peut-être pas encore évidente.

    “Dans l’exploration des forces optiques, il existe de nombreux effets intéressants qui ne sont pas encore entièrement compris. Ce ne sont pas les applications qui conduisent ce type de recherche, mais l’exploration des différentes possibilités. Dans un certain nombre d’étapes différentes à venir, on ne sait jamais quoi Mais le fait que nous ayons montré comment les métavéhicules peuvent être utilisés comme transporteurs est l’application potentielle la plus prometteuse au départ, par exemple pour déplacer des particules à travers des solutions cellulaires », explique Mikael Käll.

    Vidéo des métavéhicules en action : https://www.youtube.com/watch?v=CMkRSquPWk0

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