Cientistas desenvolvem nova técnica para pinças ópticas personalizadas

Cientistas desenvolveram uma nova maneira de capturar pequenas partículas com luz. Com base na técnica vencedora do Prêmio Nobel de pinças ópticas (Arthur Ashkin, 2018), uma equipe de físicos, liderada pelo Dr. David Phillips na Universidade de Exeter, avançou as possibilidades de captura óptica.

O artigo de pesquisa, publicado na revista Avanços da Ciênciaé intitulado “Pinças ópticas com eficiência de fótons via modelagem de frente de onda”.

Pinças ópticas convencionais, desenvolvidas na década de 1980, são um feixe de laser fortemente focado que pode atrair e capturar certas partículas ou organismos de tamanho microscópico, de forma semelhante a agarrar algo com uma pinça.

“Em pinças ópticas, no entanto, uma partícula não é completamente imobilizada”, explicou o primeiro autor Dr. Une Butaite. “Ela está experimentando o movimento térmico das moléculas que a cercam. Um pouco como um barco em um lago balançado pelo vento e pelas ondas, mas impedido de se afastar pela âncora, uma partícula em pinças ópticas está constantemente balançando, mas seu movimento é confinado a um certo volume.”

Em termos gerais, quanto menor for esse volume de confinamento, mais útil será a armadilha óptica.

Para que as pinças ópticas funcionem, a luz do laser tem que ser firmemente focada em uma região muito pequena, que pode ser significativamente menor do que a partícula sendo capturada. Aqui está o problema: se a partícula for grande, a maior parte da luz ficará perto do seu centro, mas a luz interage com a partícula mais fortemente em sua superfície.

Em outras palavras, partículas maiores não conseguem aproveitar ao máximo a luz disponível, diminuindo o nível de confinamento.

“É aqui que nossa pesquisa entra em ação”, explicou o Dr. Phillips. “Nós hipotetizamos que se, em vez de se concentrar no meio da partícula, a luz a envolvesse, isso a confinaria mais fortemente, dando a ela uma espécie de abraço apertado.”

No entanto, determinar a forma exata da luz que produziria o confinamento mais forte não é simples.

“Não há uma solução única para todos aqui. Para melhor desempenho, cada partícula diferente requer um traje de luz personalizado, por assim dizer”, disse o Dr. Butaite.

Perceber isso na prática significou que vários métodos matemáticos e numéricos, bem como técnicas experimentais rigorosas, tiveram que ser desenvolvidos e aperfeiçoados — tudo alcançado em colaboração com pesquisadores da Universidade de Glasgow, liderados pelo Dr. Jonathan Taylor (Escócia), e da Universidade de Tecnologia de Viena, liderada pelo Prof. Stefan Rotter (Áustria).