Ученые представили наномотор, использующий для вращения энергию света, новое устройство может найти применение в преобразовании солнечной энергии в механическую.
Наномотор можно также использовать при создании наномеханических устройств и автономных машин, необходимых в биологии и медицине для операций с отдельными биологическими молекулами.
Наномотор можно также использовать при создании наномеханических устройств и автономных машин, необходимых в биологии и медицине для операций с отдельными биологическими молекулами.
Устройство представляет собой наноразмерный греческий крест, выполненный из золота и имеющий всего 100 нанометров в диаметре. Этот крест, будучи освещенным светом определенной длины волны и поляризации, начинает вращаться в ту или иную сторону, создавая крутящий момент, достаточный для приведения в движение конструкции из кремния, имеющей на порядок большие размеры.
"Мы продемонстрировали плазмонный мотор размером всего 100 нанометров, который может генерировать крутящий момент при облучении линейно поляризованным светом, достаточный для перемещения диска из оксида кремния, имеющего в 4 тысячи раз больший объем. Мы можем легко контролировать скорость и направление вращения мотора и создавать массивы таких устройств для увеличения скорости и повышения крутящего момента", - сказал Сян Чжан (Xiang Zhang), ведущий автор исследования, слова которого приводит пресс-служба Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.
Устройства преобразования световой энергии в механическую уже известны. Такие устройства, например, как оптические пинцеты, позволяющие с помощью лазерного луча управлять перемещением отдельных наночастиц, используют механический импульс фотонов. Этот же импульс предполагается использовать для создания так называемых солнечных парусов, предназначенных для ускорения космических кораблей в межпланетных полетах. Использовать же угловой момент фотонов, описывающий их вращательное движение, до сих пор не удавалось. Принципиально такая возможность была показана более 80 лет назад, однако для практической ее реализации требовались большие по размерам, и потому тяжелые, твердые тела, "закрутить" которые с помощью света было невозможно.
Попытка Чжана и его коллег оказалась успешной, так как они использовали свойства так называемых плазмонных колебаний - колебательных волн, свойственных свободным электронам в приповерхностном слое металла. Ученые показали, что, подбирая необходимые геометрические параметры, можно добиться резонанса этих волн с волной светового излучения. "Планарные структуры из золота в форме греческого креста можно считать небольшими колебательными контурами с резонансными частотами, определяемыми их геометрией и диэлектрическими свойствами металла. Возникающий в результате их облучения светом крутящий момент обусловлен только структурой и не зависит от углового момента фотонов, поэтому источник света может быть практически любой" - добавил ученый.
Созданные учеными наноразмерные моторы, по их собственному мнению, являются идеальными источниками механической энергии для наномеханических устройств. Эти устройства могут использоваться для преобразования солнечной энергии в электричество, для создания машин, оперирующих сложными биологическими молекулами.
"Создавая моторы, предназначенные для работы с разными длинами волн мы можем создавать системы для преобразования всего спектра солнечного излучения", - сказал Мин Лю (Ming Liu), соавтор публикации.
"Мы продемонстрировали плазмонный мотор размером всего 100 нанометров, который может генерировать крутящий момент при облучении линейно поляризованным светом, достаточный для перемещения диска из оксида кремния, имеющего в 4 тысячи раз больший объем. Мы можем легко контролировать скорость и направление вращения мотора и создавать массивы таких устройств для увеличения скорости и повышения крутящего момента", - сказал Сян Чжан (Xiang Zhang), ведущий автор исследования, слова которого приводит пресс-служба Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли.
Устройства преобразования световой энергии в механическую уже известны. Такие устройства, например, как оптические пинцеты, позволяющие с помощью лазерного луча управлять перемещением отдельных наночастиц, используют механический импульс фотонов. Этот же импульс предполагается использовать для создания так называемых солнечных парусов, предназначенных для ускорения космических кораблей в межпланетных полетах. Использовать же угловой момент фотонов, описывающий их вращательное движение, до сих пор не удавалось. Принципиально такая возможность была показана более 80 лет назад, однако для практической ее реализации требовались большие по размерам, и потому тяжелые, твердые тела, "закрутить" которые с помощью света было невозможно.
Попытка Чжана и его коллег оказалась успешной, так как они использовали свойства так называемых плазмонных колебаний - колебательных волн, свойственных свободным электронам в приповерхностном слое металла. Ученые показали, что, подбирая необходимые геометрические параметры, можно добиться резонанса этих волн с волной светового излучения. "Планарные структуры из золота в форме греческого креста можно считать небольшими колебательными контурами с резонансными частотами, определяемыми их геометрией и диэлектрическими свойствами металла. Возникающий в результате их облучения светом крутящий момент обусловлен только структурой и не зависит от углового момента фотонов, поэтому источник света может быть практически любой" - добавил ученый.
Созданные учеными наноразмерные моторы, по их собственному мнению, являются идеальными источниками механической энергии для наномеханических устройств. Эти устройства могут использоваться для преобразования солнечной энергии в электричество, для создания машин, оперирующих сложными биологическими молекулами.
"Создавая моторы, предназначенные для работы с разными длинами волн мы можем создавать системы для преобразования всего спектра солнечного излучения", - сказал Мин Лю (Ming Liu), соавтор публикации.