С помощью специальных метаматериалов можно получить сильные оптические адгезионные силы

Еще в 1871 великий ученый Джеймс Клерк Максвелл предсказал, что свет, падающий на любую поверхность, оказывает давление на эту поверхность. Поскольку такое воздействие очень слабо, это явление было экспериментально обнаружено и подтверждено только 30 лет спустя (в 1901 году), и с тех пор эта сила давления света уже используется в таких устройствах, как оптические пинцеты, системы лазерного охлаждения и солнечные паруса.

Совсем недавно, Джон Занг (John Zhang), ученый из университета Саутгемптона, и его коллеги выдвинули предположение, что свет может приводить к проявлению более сильных сил и взаимодействий.

Это станет возможным за счет использования метаматериалов, которые преломляют свет особым образом и используют его некоторые другие свойства.

Фотоны света, падающие на поверхность такого метаматериала, возбуждают колебания электронов, которые формируют на поверхности материала облака свободных электронов, так называемые плазмоны. Эти плазмоны имеют крошечные размеры, исчисляемые нанометрами, что сопоставимо с длиной волны видимого света.

Если метаматериал, на поверхности которого находится большое количество возбужденных плазмонов, соприкасается с поверхностью другого материала, неважно какого, диэлектрического или токопроводящего, плазмоны начинают взаимодействовать с электронами другого материала, при этом возникает резонансный эффект и две поверхности, метаматериала и другого материала, буквально склеиваются между собой.

Как и у других колебательных процессов, у плазмонов есть свои резонансные частоты. Когда метаматериал освещается светом с частотой, совпадающей с резонансной частотой плазмонов, возникающие адгезионные силы имеют наибольшее значение. Фактически эти силы напрямую зависят от интенсивности и частоты падающего света.

«Эти силы могут обеспечить более сильное воздействие, нежели силы радиационного давления и силы Казимира. Благодаря этому становится возможной реализация механизма адгезии или прилипания, подобного механизму пальцев конечности геккона, а интенсивности освещения в несколько десятков нВт/мкм^2 уже достаточно для преодоления гравитации Земли» – говорят ученые.

Сила адгезии, индуцируемая метаматериалом, является совершенно новым видом сил, она может быть включена или отключена просто включением или выключением источника света. А практических применений у таких сил найдется весьма и весьма немало.

Поднятие и перемещение нанообъектов, создание материалов с меняющимися под воздействием света оптическими и даже механическими свойствами, и, даже, реализация перчаток, с помощью которых можно перемещаться по вертикальным поверхностям подобно человеку-пауку.

Источник(и):

1. Technology Review

2. DailyTechInfo

http://www.nanonewsnet.ru/news/2012/s-pomoshchyu-spetsialnykh-metamaterialov-mozhno-poluchit-silnye-opticheskie-adgezionnye-si