La capacidad de la luz para ejercer fuerzas y torsiones es la piedra angular de la manipulación óptica de la materia. Para lograr estas perturbaciones de la posición u orientación de un objeto, resulta imperativo que cuente con un potencial de captura de la luz que sea lo suficientemente sensible, fuerte y estable.
Entre los enfoques convencionales para la manipulación mecánica basada en la luz, este potencial de captura se obtiene al enfocar y dar forma al haz de luz para obtener gradientes de intensidad de campo que atrapan la partícula.
Enfoque innovador
Pero los métodos existentes tienen limitaciones en cuanto al tamaño, forma y composición del material del objeto que se pretende manipular.
En este sentido, un equipo de investigadores del Departamento de Ingeniería y Ciencias Aplicadas del Instituto Tecnológico de California (CalTech), ha encontrado un método de manipulación óptica que permitiría levitar y propulsar objetos macroscópicos utilizando solo luz.
A pesar de que el trabajo es todavía de naturaleza puramente teórica, se trata de un paso hacia el potencial desarrollo de una nave espacial que hipotéticamente podría desarrollar velocidades relativistas y alcanzar otras estrellas y sistemas planetarios, utilizando solo la luz como combustible.
Hace varias décadas, el desarrollo de las llamadas pinzas ópticas permitió a los científicos mover pequeños objetos como nanopartículas y manipularlos con la ayuda de un haz de luz láser sintonizado con precisión, un trabajo que hizo merecedor a Artur Ashkin del Premio Nobel de Física 2018.
Sin embargo, las pinzas ópticas solo pueden manipular objetos muy pequeños y en distancias extremadamente pequeñas.
Pero de acuerdo a los investigadores, un haz de luz puede manipular objetos de diferentes formas y tamaños, desde micrómetros hasta metros. La clave está en crear patrones especiales de nanoescala en la superficie del objeto.
Fuente de luz
Estas estructuras interactúan con la luz de tal manera que el objeto se puede alinear cuando se expone a ella, creando un momento de regeneración para permanecer en el haz de luz.
En ese escenario, el objeto ya no necesitaría rayos láser enfocados con precisión, ya que los patrones en su superficie están diseñados para ser estables, lo que permitiría que la fuente de luz se encuentre ubicada a millones de kilómetros del objeto.
Al respecto, el investigador Harry Atwater, profesor de física aplicada y ciencia de materiales en Caltec, expresó:
“Hemos ideado un método que podría levitar objetos macroscópicos. Hay una aplicación audazmente interesante para usar esta técnica como un medio para propulsar naves espaciales de nueva generación. Estamos muy lejos de hacerlo, pero nos encontramos en el proceso de probar estos principios”.
Adicionalmente, explican los investigadores, la tecnología también puede ser aprovechada para la producción rápida de objetos mucho más pequeños, como placas de circuitos impresos.
Referencia: Self-stabilizing photonic levitation and propulsion of nanostructured macroscopic objects. Nature Photonics. https://doi.org/10.1038/s41566-019-0373-y