Araştırmacılar makroskopik nesneleri çeken bir optik çekici ışın oluşturdu

Araştırmacılar makroskopik nesneleri çeken bir optik çekici ışın oluşturdu

Lazer çekiminin mikroskobik ölçeğin ötesine genişletilmesi bilimsel ve uzay uygulamaları için faydalı olabilir

Araştırmacılar makroskopik bir nesneyi çekmek için lazer ışığını kullanmanın bir yolunu geliştirdiler. Mikroskobik optik çekici ışınlar daha önce gösterilmiş olsa da, bu, lazer çekmenin daha büyük nesneler üzerinde kullanıldığı ilk zamanlardan biridir.

Işık, kaldırma ve döndürme gibi çeşitli optik manipülasyon türleri için kullanılabilen hem enerji hem de momentum içerir. Örneğin optik cımbızlar, atomlar veya hücreler gibi küçük nesneleri tutmak ve manipüle etmek için lazer ışığını kullanan yaygın olarak kullanılan bilimsel araçlardır. Son on yıldır bilim insanları yeni bir optik manipülasyon türü üzerinde çalışıyorlar: nesneleri çekebilecek bir optik çekici ışın oluşturmak için lazer ışığı kullanmak.

Çin’deki QingDao Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden araştırma ekibi üyesi Lei Wang, “Önceki çalışmalarda, ışık çekme kuvveti makroskopik bir nesneyi çekmek için çok küçüktü” dedi. “Yeni yaklaşımımızla, ışık çekme kuvveti çok daha büyük bir genliğe sahip. Aslında, küçük bir itme kuvveti uygulamak için fotonların momentumunu kullanan bir güneş yelkenini tahrik etmek için kullanılan ışık basıncından üç kat daha büyüktür.”

Optica Publishing Group dergisi Optics Express’te Wang ve meslektaşları, tasarladıkları makroskopik grafen-SiO2 kompozit nesnelerin seyrek gaz ortamında lazer çekimi için kullanılabileceğini gösteriyor. Bu tür bir ortam atmosferik basınçtan çok daha düşük bir basınca sahiptir.

Wang, “Tekniğimiz, çeşitli bilimsel deneyler için yararlı olabilecek temassız ve uzun mesafeli bir çekme yaklaşımı sağlıyor” dedi. “Tekniği göstermek için kullandığımız seyreltilmiş gaz ortamı Mars‘ta bulunana benziyor. Bu nedenle, bir gün Mars’taki araçları veya uçakları manipüle etme potansiyeline sahip olabilir.”

Yeterli güç yaratmak

Yeni çalışmada araştırmacılar, özellikle lazer çekimi için özel bir grafen-SiO2 kompozit yapısı tasarladılar. Bir lazerle ışınlandığında, yapı tersine çevrilmiş bir sıcaklık farkı yaratır, yani lazerden uzağa bakan taraf daha sıcak olur.

Grafen-SiO2 kompozit yapısından yapılan nesneler bir lazer ışını ile ışınlandığında, arka taraflarındaki gaz molekülleri daha fazla enerji alır ve nesneyi ışık kaynağına doğru iter. Bunu, nadir gaz ortamının düşük hava basıncıyla birleştirmek, araştırmacıların makroskopik nesneleri hareket ettirecek kadar güçlü bir lazer çekme kuvveti elde etmelerini sağladı.

Araştırmacılar, grafen-SiO2 kompozit yapılarından yapılmış bir burulma – ya da dönme – sarkaç cihazı kullanarak, lazer çekme fenomenini çıplak gözle görülebilecek şekilde gösterdiler. Daha sonra lazer çekme kuvvetini nicel olarak ölçmek için geleneksel bir yerçekimi sarkacı kullandılar. Her iki cihaz da yaklaşık beş santimetre uzunluğundaydı.

Tekrarlanabilir, ayarlanabilir çekme

Wang, “Çekme kuvvetinin ışık basıncından üç kat daha büyük olduğunu gördük” dedi. “Buna ek olarak, lazerle çekme tekrarlanabilir ve kuvvet lazer gücü değiştirilerek ayarlanabilir.”

Araştırmacılar, bu çalışmanın yalnızca bir kavram kanıtı olduğu ve tekniğin pratik olabilmesi için birçok yönünün geliştirilmesi gerektiği konusunda uyarıyor. Örneğin, nesnenin geometrisi, lazer enerjisi ve çevreleyen ortam dahil olmak üzere verilen parametreler için lazer çekme kuvvetini doğru bir şekilde tahmin etmek için sistematik bir teorik modele ihtiyaç vardır. Ayrıca lazer çekme stratejisini daha geniş bir hava basıncı aralığında çalışabilecek şekilde geliştirmek istiyorlar.

Wang, “Çalışmamız, ışık, nesne ve ortam arasındaki etkileşimler dikkatlice kontrol edildiğinde makroskopik bir nesnenin esnek ışık manipülasyonunun mümkün olduğunu gösteriyor” dedi. “Aynı zamanda lazer-madde etkileşimlerinin karmaşıklığını ve birçok olgunun hem makro hem de mikro ölçeklerde anlaşılmaktan uzak olduğunu gösteriyor.”

Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/01/230111150810.htm

Bu yazı Astrafizik.com tarafından Türkçeye aktarılmış olup yazının aslı sciencedaily.com sitesine aittir, orijinaline mümkün olduğunca sadık kalmak koşuluyla dilimize çevirilmis olsa da editoryal tarafından katkılarda bulunulmuştur. Bu sebeple Astrafizik.com içerik izinlerine tabidir. Astrafizik.com referans gösterilmek koşuluyla 3. tarafların kullanımına izin verilmiştir.