Badanie dynamiki wirów, intrygujący aspekt nauki, poczyniło znaczące postępy w różnych obszarach, od badań grawitacji po ruch płynów. W optyce koncepcja wirów optycznych, która pojawiła się pod koniec lat 80. XX wieku, stała się bodźcem do różnorodnych zastosowań w tak różnorodnych dziedzinach, jak manipulacja cząstkami, bezpieczna komunikacja i nauki biologiczne. Postęp ten został wzmocniony przez rozwój nowych technologii fotonicznych, zwłaszcza płytek z fazą spiralną, umożliwiających tworzenie szeregu wirów optycznych. Wiry te, generowane przez dyfrakcyjne elementy optyczne (DOE), takie jak soczewki wirowe, znajdują się obecnie w czołówce systemów pułapek optycznych, zwiększając elastyczność i zdolność manipulowania drobnymi cząsteczkami. W badaniu wprowadzono przestrzennie multipleksowaną maskę fazy wirowej, co stanowi nowatorskie podejście, które pozwala na tworzenie jednocześnie koncentrycznych wirów optycznych, z których każdy służy jako unikalny system wychwytywania cząstek i manipulowania nimi.
W tej pionierskiej pracy główny naukowiec Francisco Muñoz-Pérez z Universitat Politècnica de València wraz ze swoim wybitnym zespołem, w skład którego wchodzą dr Vicente Ferrando, dr Juan Castro-Palacio, dr Ricardo Arias-Gonzalez i dr Juan Monsoriu, wszyscy pochodzący z Universitat Politècnica de València oraz profesor Walter Furlan z Universitat de València, dokonał znaczącego przełomu w świecie pęset optycznych. Ich wspólny wysiłek, szczegółowo opisany w publikacji w czasopiśmie iScience, wprowadza przełomową metodę wykorzystującą multipleksowane wiązki wirowe, co stanowi znaczący krok naprzód w fotonice i zastosowaniach praktycznych.
Naukowcy rozpoczęli tę podróż, genialnie projektując multipleksowaną maskę fazy spiralnej (MSPM). Ten dyfrakcyjny element optyczny jest kluczem do ich metody, tworząc wiele koncentrycznych wiązek wirowych, każda z unikalnym ładunkiem topologicznym. Ta skomplikowana konfiguracja umożliwia jednoczesną kontrolę wielu mikrocząstek, z których każda podąża odrębnymi ścieżkami. Francisco Muñoz-Pérez, czołowy naukowiec biorący udział w badaniu, wyjaśnia: „MSPM zmienia krajobraz pęsety optycznej, zapewniając niespotykany poziom kontroli i wszechstronność w manipulowaniu cząstkami w mikroskali”.
Analizując główne ustalenia swoich badań, zespół odkrył, że te wiązki wirowe mogą przenosić moment pędu na uwięzione mikrocząstki. Powoduje to, że cząstki niezależnie krążą wokół osi optycznej w każdym wirze. Dr Vicente Ferrando rzuca światło na to zjawisko: “To hipnotyzująca gra światła i materii. Promienie wirowe nadają cząsteczkom rodzaj ruchu obrotowego, ukazując fascynujący aspekt fizyki.”
Odkrycia dokonane w ramach badania wykraczają daleko poza fizykę teoretyczną. Otwierają drzwi do niezliczonych zastosowań praktycznych, szczególnie w obszarach, w których precyzyjna kontrola w mikro i nanoskali ma kluczowe znaczenie, np. w mikrorobotyce i naukach biologicznych. Francisco Muñoz-Pérez podkreśla: „Nasza praca nie polega tylko na zrozumieniu interakcji między światłem i materią. Chodzi o wykorzystanie tych interakcji do zastosowań w świecie rzeczywistym, gdzie precyzja ma kluczowe znaczenie”.
W ramach kwestionowania konwencjonalnych norm dotyczących pułapkowania optycznego badania wykazały stabilne wychwytywanie cząstek bez konieczności modulacji amplitudy. To spostrzeżenie, jak podkreśla Francisco Muñoz-Pérez, rewolucjonizuje nasze rozumienie interakcji światła z mikroskopijnymi cząsteczkami.
Podsumowując, badania prowadzone przez Francisco Muñoz-Péreza i jego zespół stanowią kluczowy moment w manipulacji optycznej. Ich prace łączą dziedziny fotoniki i nauk o materiałach, wzbogacając naszą wiedzę na temat interakcji światła z materią i kładąc podwaliny pod przyszłe innowacje technologiczne. Konsekwencje ich odkryć są znaczące i potencjalnie mogą zmienić wiele dziedzin nauki i przemysłu.
Odniesienie do czasopisma
Mount-Perez, FM, Firant, V., Furlan, WD, Castro-Palacio, JC, Arias-Gonzalez, JR i Months, JA (2023). „Wielowarstwowe twesy optyczne oparte na wiązkach wirowych z zamaskowaną fazą fazową.” iNauka, 26(107987). DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.107987.
