
Brněnští vědci využili rotaci fotonů k posouvání mikroobjektů
15. 01. 2019
Oddělení Mikrofotoniky Ústavu přístrojové techniky Akademie věd České republiky (ÚPT AV ČR) v Brně přispělo novými cennými poznatky k tématu, za něž byla před měsícem udělena Nobelova cena za fyziku. Práci brněnských vědců o použití fotonů s vlastní rotací nedávno zveřejnil prestižní časopis Nature Communications.
Každý, kdo někdy hrál tenis nebo fotbal, ví, že roztočený míč létá po nečekaných drahách. Tato rotace kolem vlastní osy se v přírodě i laboratoři projevuje nepředvídatelným způsobem: koryta řek se stáčejí díky rotaci Země, v medicíně například rotace jader atomů při magnetické rezonanci pomáhá odhalit nádory v mozku.
Podobně se mohou chovat i částice světla – fotony. Už dlouho víme, že světlo působí znatelnou silou na velmi malé předměty (o průměru od desítek nanometrů po desetiny milimetru) a může je uvěznit ve světelné pasti. Tento princip „optické pinzety“ již před třiceti lety představil a zejména v biologii úspěšně využil fyzik profesor Arthur Ashkin, který loni v prosinci ve svých šestadevadesáti letech získal Nobelovu cenu za fyziku.
Nové experimentální cesty
Pokročilými experimenty se mohou pochlubit i brněnští badatelé v čele s profesorem Pavlem Zemánkem z ÚPT AV ČR, kteří ve svém nejnovějším článku odpověděli na zásadní otázky o šíření světla a otevřeli nové experimentální cesty ke světlem poháněným mikromotorům či k novým citlivějším senzorům. „Výzkumy ukázaly, že použití fotonů s vlastní rotací – takzvaně kruhově polarizovaného světla – vyústí v dramaticky odlišné chování částic zachycených v optické pinzetě,“ objasnil nový poznatek profesor Pavel Zemánek.
Při svém experimentu vědci ve vakuu vytvořili světelnou past. Vznikl v ní mnohem menší odpor prostředí a objekty se mohly pohybovat rychleji. „Od prvních experimentů Arthura Ashkina je známo, že když k zachycení částice používáme fotony bez vlastní rotace, bude částice v pasti držena silněji v okolí světelné pasti, pokud zvýšíme počet fotonů. My jsme však použili fotony s vlastní rotací a zjistili zcela opačné chování. Částice nezůstává ve světelné pasti, ale má tendenci obíhat kolem ní po orbitě, jejíž poloměr se zvětšuje s rostoucím počtem fotonů. Obtížně využitelná vlastní rotace fotonů se tak převádí na cyklický mechanický pohyb částice,“ přiblížil princip profesor Zemánek.
Článek Zemánkova týmu, zveřejněný koncem roku 2018 v časopise Nature Communications, najdete zde (v angličtině). K předchozím úspěchům profesorovy osmičlenné skupiny patří především experimentální potvrzení existence světelného tažného paprsku (viz první z odkazů níže), za nějž získal v roce 2014 Cenu Wernera von Siemense v kategorii Nejvýznamnější výsledek základního výzkumu.
Související články:
Brněnští vědci potvrdili existenci světelného tažného paprsku
Hologramy i elektronové svazky. Předsedkyně v Ústavu přístrojové techniky
Připravila: Pavla Schieblová, Ústav přístrojové techniky AV ČR, ve spolupráci s Milanem Pohlem, Odbor mediální komunikace Kanceláře AV ČR
Ilustrace: Ústav přístrojové techniky AV ČR
Přečtěte si také
- Vědecká rada na návštěvě v Dolních Břežanech
- Akademický sněm uvítal navýšení rozpočtu. „Je to pozitivní zpráva,“ řekla předsedkyně
- Odborníci hovořili o potenciálu a rizicích genetických modifikací
- ČR hostila 68. plenární zasedání ESFRI
- Potřebujeme ucelenou strategii pro boj se suchem, shodují se čeští odborníci
- Bez omezení benzinové a naftové dopravy nelze splnit cíle Pařížské dohody
- Kosti dokážou to, co kůže a krev. Unikátní výzkum publikoval časopis Nature
- Do Fyziologického ústavu putuje ocenění HR Excellence in Research Award
- Nová databáze DNA představuje vzorky ze starodávných lidských populací
- AV ČR vydala stanovisko k evropskému rámcovému programu Horizon Europe