Исследователи из Калифорнийского технологического института (Калтех) разработали способ для поднятия и ускорения объектов при помощи одного только света, создавая на их поверхности особые наномасштабные паттерны.

Несмотря на то что работа пока носит исключительно теоретический характер, это шаг к разработке космического аппарата, который сможет достичь ближайшей планеты за пределами Солнечной системы всего за 20 лет, используя в качестве топлива лишь свет. Статья, описывающая исследование, опубликована в журнале Nature Photonics.

Несколько десятилетий назад разработка так называемого оптического пинцета позволила ученым двигать маленькие объекты вроде наночастиц и манипулировать ими при помощи светового давления от точно настроенного луча лазерного света. Эта работа привела Артура Ашкина  к Нобелевской премии по физике 2018 года. Однако оптический пинцет может манипулировать только очень маленькими объектами и на крайне малых расстояниях.

«Шарик для пинг-понга можно поднять при помощи постоянного потока воздуха, исходящего из фена, — объясняет ведущий автор исследования Огнен Илич. — Но это бы не сработало, если бы шарик для пинг-понга был слишком большим или если бы он был слишком далеко от фена и так далее».

Инженерная оптическая анизотропия для самостабилизирующихся манипуляций / © Atwater laboratory

Согласно новому исследованию, луч света может манипулировать объектами разных форм и размеров — от микрометров до метров. Ключ лежит в создании специальных наномасштабных паттернов на поверхности объекта. Эти структуры взаимодействуют со светом таким образом, что объект может выровнять себя при воздействии на него, создавая восстанавливающий момент, чтобы остаться в световом луче. Объекту уже будут не нужны точно сфокусированные лазерные лучи, так как паттерны на его поверхности предназначены для «шифрования» стабильности. Более того, источник света может находиться в миллионах километров от объекта.

«Мы разработали метод, который может поднимать макроскопические объекты, — говорит Гарри Этуотер. — Этой технике можно найти очень интересное применение — в качестве средства ускорения космического аппарата нового поколения. Мы еще далеки от того, чтобы это сделать, но находимся в процессе испытания этих принципов».

Теоретически на такой космический аппарат можно нанести необходимые наномасштабные структуры, а затем ускорить его при помощи наземного лазерного света. Не имея на своем борту топлива, он сможет достичь очень высоких, даже релятивистских скоростей и, возможно, даже других звезд.