科学者は、光だけを使用してオブジェクトを浮揚させて推進する方法を設計します

• まだ理論的ですが、この技術を使用して、さまざまなサイズや形状の物体を光線で浮揚させることができます。
• 宇宙探査用のレーザー推進宇宙船の開発にも使用できます。

光が力とトルクを発揮する能力は、材料の光学的操作の重要な特徴の1つです。この操作を安定させるには、ソースが十分に強力なトラップの可能性を示す必要があります。

過去数十年の間に、科学者は光ベースの機械的操作、特にレーザービームからの放射圧力を使用して小さな物体を動かして操作する光ピンセットのための多くのアプローチを考え出しました。この方法は、2018年のノーベル物理学賞の基礎となりました。

今日、科学者たちは、量子力学的重ね合わせと基底状態の冷却を実現するために、オプトメカニカルシステムの浮上ダイナミクスに焦点を合わせています。

ただし、既存の手法のほとんどは、非常に短い距離にある微細なオブジェクトしか操作できません。ヘアドライヤーからの空気の流れを使ってピンポン球を持ち上げるようなものです。ボールが重すぎる場合、またはヘアドライヤーから離れすぎている場合は機能しません。

最近、カリフォルニア工科大学の研究者は、光ビームでさまざまなサイズや形状のオブジェクトを操作するために使用できる方法を明らかにしました。理論上の偉業は、光推進オブジェクトの表面に刻まれた独自のナノスケールパターンに依存しています。

どのように機能しますか？

独自のナノスケールパターンは、オブジェクトが空中でバランスを取り、復元トルクを生成してビーム内に保持できるように、光と相互作用します。これらのパターンは、独自の安定性をエンコードすることができ、高度に集束されたレーザービームの必要性を排除します。実際、光源は数百万キロメートル離れている可能性があります。

参照：Nature Photonics | doi：10.1038 / s41566-019-0373-y |カリフォルニア工科大学

巨視的な物体のこの自己安定的な光学的操作は、物体の表面に沿った光散乱の異方性を制御することによって得ることができます。

自己安定操作のための光学異方性のエンジニアリング|研究者の礼儀

研究者は、平衡配向から変位した構造に対して復元トルクを生成できるようにするために、光学応答の非対称性を探しました。彼らは、集合的な効果として適切な応答を作成することを強調し、受動的な自己復元ダイナミクスを示すことができるナノフォトニック要素のグループを開発しました。

アプリケーション

まだ理論的ではありますが、この技術を使用して、太陽系外の惑星を訪れることができる光動力宇宙船を開発することができます。それは長い道のりですが、研究者は現在、原則をテストしています。

宇宙船は、特別なナノスケールのパターンでエッチングされ、地球ベースのレーザービームによって動力を与えられ/加速される可能性があります。彼らは、燃料を運ぶことなく、相対論的な速度に到達し、おそらく遠くの星を訪れることができるでしょう。

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しかし、この光推進理論が宇宙船に動力を供給するために使用される前に、それは回路基板のようなより小さな物体の製造を後押しする可能性があります。