Des chercheurs du Centre d’Excellence ARC pour les Systèmes Méta-Optiques Transformateurs (TMOS), ont franchi une étape essentielle dans le développement de faisceaux tracteurs à métasurface, des rayons lumineux capables d’attirer des particules, un concept inspiré par la science-fiction.
Dans une recherche publiée dans ACS Photonics, l’équipe de l’Université de Melbourne décrit un faisceau solénoïde généré à l’aide d’une métasurface en silicium. Les faisceaux solénoïdes précédents ont été créés par des modulateurs de lumière spéciaux volumineux (SLM), mais la taille et le poids de ces systèmes empêchent leur utilisation dans des dispositifs portables.
La métasurface est une couche de silicium nanopatternée d’environ 1/2000 de millimètre d’épaisseur. L’équipe espère qu’un jour, elle pourrait être utilisée pour réaliser des biopsies de manière non invasive, contrairement aux méthodes actuelles comme les forceps qui causent des traumatismes aux tissus environnants.
Fonctionnement des faisceaux solénoïdes
Les faisceaux lumineux ont tendance à exercer une force de poussée, éloignant les particules de la source lumineuse. Les faisceaux solénoïdes ont prouvé leur capacité à attirer les particules vers la source lumineuse. Considérez le fonctionnement d’une perceuse, attirant les copeaux de bois le long de la mèche. Les faisceaux solénoïdes fonctionnent de manière similaire.
Ce faisceau solénoïde particulier présente plusieurs avantages par rapport aux faisceaux solénoïdes précédemment générés. Les conditions requises pour le faisceau d’entrée sont plus flexibles, il ne nécessite pas de SLM, et les exigences en termes de taille, de poids et de puissance sont considérablement réduites par rapport aux systèmes précédents.
Fabrication de la métasurface
La métasurface a été créée en cartographiant l’hologramme de phase du faisceau souhaité. Cela a été utilisé pour créer un motif. La métasurface a ensuite été fabriquée à partir de silicium en utilisant la lithographie par faisceau d’électrons et la gravure ionique réactive. Lorsque le faisceau d’entrée, dans ce cas un faisceau gaussien, passe à travers la métasurface, la majorité (environ 76 %) est convertie en faisceau solénoïde et se courbe loin du faisceau non converti, permettant aux chercheurs de travailler sans obstruction. Ils ont pu caractériser le faisceau à une distance de 21 centimètres.
La chercheuse principale Maryam Setareh déclare : « La taille compacte et la haute efficacité de cet appareil pourraient mener à des applications innovantes à l’avenir. La capacité d’attirer des particules à l’aide d’une métasurface pourrait avoir le potentiel d’impacter le domaine de la biopsie en réduisant potentiellement la douleur grâce à des méthodes moins invasives. »
Elle ajoute : « Nous sommes enthousiastes à l’idée d’examiner la performance de notre appareil dans la manipulation des particules, ce qui pourrait offrir des perspectives précieuses. »
Le chercheur principal Ken Crozier affirme : « La prochaine étape de cette recherche sera de démontrer expérimentalement la capacité du faisceau à attirer des particules, et nous serons ravis de partager ces résultats lorsqu’ils seront disponibles. »
Il conclut : « Ce travail ouvre de nouvelles possibilités pour utiliser la lumière afin d’exercer des forces sur de minuscules objets. »
Article : « A substitutional quantum defect in WS2 discovered by high-throughput computational screening and fabricated by site-selective STM manipulation » – DOI: 10.1038/s41467-024-47876-3
Credit University of Melbourne
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