Inžinieriai lazerio spindulį paverčia skysčio srove

Lazeriai yra vienas ikoniškiausių XX amžiaus mokslo proveržių. Jie gamina koherentinius fotonus siauruose specifinės energijos pluoštuose. Jie gali perduoti duomenis, aptikti molekules ir sudeginti metalą. Jų gaminami fotonai taip pat turi didelį impulsą.

Ir tai kelia įdomų klausimą. Ar įmanoma perkelti šį impulsą, kad susidarytų medžiagos spinduliai, pavyzdžiui, skysčio srautas? Ne iki šiol.

Jimingas Bao iš Hiustono universiteto Teksase ir keli draugai teigia atradę visiškai naują optofluidikos procesą, leidžiantį panaudoti lazerio spindulį skysčio srautui sukurti. Metodas plačiai taikomas mikrofluidikoje, biochemijoje, mikrogamyboje ir bet kuriame procese, kuris priklauso nuo laboratorinės mikroschemos technologijos.

Tai, ką Bao ir bendradarbiai atrado, yra būdas sukurti sandariai sutelktus skysčio srautus skysčio viduje. Šis atradimas yra kažkoks netikėtumas.

Lazerio šviesa paprastai nesąveikauja su vandeniu, išskyrus sąsają su kita terpe, pavyzdžiui, oru. Fotonai gali stumti prieš tokią sąsają, nors impulso perdavimas yra mažas ir tikrai per silpnas, kad paskatintų skysčio srautą.

Tačiau Bao ir bendradarbiai išsiaiškino, kad gali sukurti vandens srovę didesniame vandens tūryje, jei jame būtų aukso nanodalelių. Jie šviečia impulsiniu žaliu lazeriu per stiklinę talpyklos sienelę ir po kelių minučių pastebėjo skysčio srovę, greitai tekantį pluošto kryptimi.

Srautai atrodo kaip skysti lazerio spindulių analogai ir juda tomis pačiomis lūžusių spindulių kryptimis, tarsi juos tiesiogiai valdytų lazerio spindulių fotonai, sako Bao ir kt. Šį reiškinį vadiname lazerio srautu.

Tai netikėta, o nanodalelės yra pagrindinės. Jei vanduo yra grynas – be nanodalelių – lazerio spindulys prasiskverbia netrukdomas, be jokio srauto.

Bao ir kiti turi sunkiai dirbti, kad nustatytų, kas vyksta. Pasirodo, nanodalelės gerokai sugeria žalią šviesą, kuri artima jose esančių elektronų rezonansiniam dažniui.

Dėl to dalelės įkaista ir atvėsta su kiekvienu šviesos impulsu, plečiasi ir susitraukia. Tai sukuria akustines bangas vandenyje. Jau seniai žinoma, kad toks ultragarsas perkelia skystį procese, vadinamame akustiniu srautu.

Tačiau ultragarsas pats savaime negarantuoja skysčio judėjimo. Taigi turi vykti kažkas kita. Bao ir kiti teigia, kad nanodalelių kaitinimas ir aušinimas šalia talpyklos sienelės priverčia jas susijungti su stiklu. Laikui bėgant nanodalelės apauga aplink tašką, kur lazeris patenka į skystį, ir tai sukuria savotišką nanoertmę ant stiklo.

Nanoertmė yra šio reiškinio raktas. Nuostabaus atsitiktinumo dėka ertmė yra tinkamo dydžio ir formos, kad būtų galima sufokusuoti ultragarsą, kurį sukuria inkrustuotos nanodalelės. Kitaip tariant, ertmė tampa rezonansine kamera - garsiakalbiu, kuris generuoja ultragarso spindulį. Bao ir bendradarbiai teigia, kad skysčio srovę varo šis fokusuotas kryptingas ultragarsas.

Tai žavus atradimas, siejantis nanofotoniką, mikrofluidiką, akustiką ir medžiagų mokslą. Ir tai turi reikšmingų pasekmių. Gebėjimas perkelti skysčius mikroskopiniu mastu yra labai svarbus visų rūšių laboratoriniams eksperimentams su lustu. Tai taip pat naudinga nanogamybai ir netgi lazeriniam varymui.

Bao ir kolegos į ateitį žiūri optimistiškai. Lazerinis srautas bus pritaikytas optiškai valdomuose arba aktyvuojamuose įrenginiuose, tokiuose kaip mikroskysčiai, lazerio varomoji jėga, lazerinė chirurgija ir valymas, masinis transportavimas ar maišymas.

Nekantriai lauksime jo pažangos diagramos.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1708.05852 : Lazerio srautas: lazerio spindulio pavertimas skysčio srautu

paslėpti