Ученые из Калифорнийского технологического института (Калтех) предложили метод, позволяющий поднимать и ускорять объекты, используя только свет, путем формирования уникальных наноструктур на их поверхности.
Хотя работа пока находится на теоретической стадии, это важный этап в создании космического аппарата, способного достичь ближайшей планеты за пределами Солнечной системы всего за 20 лет, используя в качестве источника энергии только свет. В статье, посвященной этому исследованию, опубликована в журнале Nature Photonics.
За несколько десятилетий до этого, создание оптического пинцета предоставило исследователям возможность перемещать и манипулировать мелкими объектами, такими как наночастицы, используя световое давление, создаваемое точно настроенным лазерным лучом. За это достижение Артур Ашкин был удостоен Нобелевской премии по физике в 2018 году. Однако оптический пинцет может манипулировать только очень маленькими объектами и на крайне малых расстояниях.
«По словам ведущего автора исследования Огня Илич, постоянный поток воздуха, создаваемый феном, позволяет поднять шарик для пинг-понга. Однако это невозможно, если шарик слишком велик или находится на значительном расстоянии от фена».
Новое исследование показало, что световой луч способен управлять объектами различной формы и размера – от микрометров до метров. Секрет заключается в формировании специальных наноструктур на поверхности объекта. Эти структуры взаимодействуют со светом, позволяя объекту выравниваться под воздействием луча и создавая восстанавливающий момент, удерживающий его в световом потоке. Для этого не требуются точно сфокусированные лазерные лучи, поскольку наноструктуры на поверхности объекта «кодируют» его стабильность. Кроме того, источник света может находиться в миллионах километров от объекта.
«Как отмечает Гарри Этуотер, нами был разработан метод, позволяющий поднимать крупные объекты. Эта техника может найти применение для ускорения космических аппаратов нового поколения. Хотя до практической реализации еще далеко, мы находимся на этапе тестирования этих принципов».
Теоретически на таком космическом аппарате можно сформировать требуемые наномасштабные структуры, а затем ускорить его при помощи наземного лазерного света. Не имея на своем борту топлива, он сможет достичь очень высоких, даже релятивистских скоростей и, возможно, даже других звезд.
Этуотер считает, что технологию можно использовать и на Земле, например, для быстрого изготовления небольших изделий, таких как печатные платы.