Італійці змусили світло обертати мікроскопічні шестірні

Італійські вчені відкрили спосіб ефективної конверсії світла в рух. Результати свого дослідження вчені опублікували в журналі. Італійці з'ясували, що якщо на поверхню розділу повітря-рідина помістити мікроскопічну шестірню і освітлювати її слабким світлодіодом, то шестеренка почне обертатися. При цьому дослідникам вдалося домогтися частоти обертання в 300 обертів на хвилину, що на п'ять порядків більше раніше виявлених способів конверсії світла в рух.

У своїй роботі дослідники використовували шестірні, виконані за типом цювочного колеса зі скошеними зубцями. Зовнішній діаметр шестеренок, виготовлених методом лазерної літографії, становив всього вісім мікрометрів, а товщина - 2,6 мікрометра. Одна з площин шістьох покривалася тонким шаром аморфного вуглецю, що дозволяє збільшити поглинання світлового потоку і нагрів. Шестерінки виготовлялися з хрому на кремнієвій підкладці, відділення від якої проводилося за допомогою засобу для видалення фоторезиста.

Потім розчин разом з шестірнями наносився на предметне скло мікроскопа. Під час експериментів шестерінки починали обертатися навколо своєї вертикальної осі під впливом світла потужністю близько 15 мікроват на одну шестірню. Для освітлення використовувався світлодіод, що дає світлову пляму радіусом близько 140 мікрометрів і випромінювання потужністю 30 міліват. Виявилося, що змінювати швидкість обертання шестеренок можна змінюючи інтенсивність світла, причому реакція на зміну відбувається майже миттєво.

За даними дослідників, обертання шестірнят відбувається завдяки виникаючому температурному градієнту на лінії поверхневого натягнення рідини. Ближче до внутрішнього радіусу шестірні температура стає вищою і показник поверхневого натягнення рідини знижується. На зовнішньому радіусі температура виявляється нижчою і показник поверхневого натягнення збільшується. Через різницю температур виникає капілярна сила, яка і обертає шестірні. Італійці стверджують, що це явище схоже на ефект Марангоні.

Італійці вважають, що в перспективі їх відкриття дозволить створювати мікроскопічні механізми і машини, що працюють завдяки прямій конверсії світла в рухи. Їх можна буде використовувати, наприклад, для транспортування окремих клітин у рамках лабораторних експериментів. При цьому конструкція таких мікро- і наномашин буде більш простою, порівняно з існуючими системами, в яких йде послідовне перетворення світлового випромінювання в електричний струм.

Дослідження конверсії світла в рух проводяться протягом останніх декількох років, проте досі вченим вдавалося домогтися руху різних елементів на розділі повітря-рідина за допомогою набагато більш потужного лазерного або рентгенівського випромінювання. Наприклад, дослідження проводилися на янус-частинках, виконаних з декількох частин різного хімічного складу. Зокрема, досить ефективно під час експериментів рухалися частинки, частково виконаних із золота.