Фотонную струю научились искривлять в крючок

Эффект фотонной струи был открыт ещё в начале 2000-х годов. Струя представляет собой электромагнитную волну, сфокусированную у поверхности микросферы из кварцевого стекла, которая сама находится в фокусе линзы. У этой струи характерный поперечный размер — меньше дифракционного предела. На основе эффекта фотонной струи в 2011 году был предложен оптический микроскоп нового поколения — наноскоп, который преодолел ограничения оптических микроскопов с их максимальным разрешением в 200 нанометров и позволил рассмотреть объекты размером в 50 нанометров.

В 2015 году учёные ТПУ предложили новый тип искривлённого светового луча на основе фотонной струи — фотонный крючок. Получать такой луч значительно проще, чем известные аналоги: для этого нужна лишь микрочастица определённой формы — свет проходит через неё и искривляется. Фотонный крючок позволяет перемещать наночастицы под действием давления света, огибать барьер и переносить их через него. Это делает его перспективным инструментом для биологии, медицины, создания новых материалов, где необходимо управлять клетками.

Для получения фотонной струи и фотонного крючка используются микрочастицы из диэлектрического материала — например, стекла. До сих пор считалось, что для этого нужны частицы разной формы: для фотонной струи симметричные, для крючка — несимметричные, однако оказалось, что это совсем не так. Моделирование и ряд экспериментов показали, что в обоих случаях можно использовать симметричные частицы. Для этого их частично перекрыли экраном из металла — в экспериментах был использован алюминий. Если нужно сформировать фотонную струю, частица облучается полностью, а если необходим искривлённый фотонный крючок, экран частично перекрывает её.

В эксперименте был использован несимметричный волновой фронт при симметричной частице, что расширило возможности для использования фотонной струи и крючка. Например, их можно будет использовать в одном устройстве в зависимости от задач: с помощью фотонной струи притягивать наночастицы и захватывать их, а искривляя луч при помощи экрана, частицы можно перемещать. Возможной областью применения может стать процесс литографии при производстве микросхем.