O estudo da dinâmica dos vórtices é um aspecto interessante da ciência que levou a avanços significativos em áreas que vão desde o estudo da gravidade até o movimento de fluidos. No campo da óptica, o conceito de vórtices ópticos, que surgiu no final da década de 1980, inspirou uma variedade de aplicações em áreas como manipulação de partículas, comunicações seguras e biociências. Esses avanços foram impulsionados pelo desenvolvimento de novas tecnologias fotônicas, em particular placas de fase espiral capazes de gerar uma série de vórtices ópticos. Esses vórtices são gerados por meio de elementos ópticos difrativos (DOEs), como lentes de vórtice, que estão agora na vanguarda dos sistemas de captura óptica, aumentando a flexibilidade e a capacidade de manipular partículas minúsculas. Este estudo apresenta máscaras de fase de vórtice multiplexadas espacialmente, um novo método que permite a criação simultânea de vórtices ópticos concêntricos, cada um atuando como um sistema único para capturar e manipular partículas.
Neste trabalho pioneiro, o Cientista Chefe Francisco Muñoz-Pérez da Universidade Politécnica de Valência e os seus ilustres membros da equipa, incluindo o Dr. Vicente Ferrando, o Dr. O artigo publicado na revista iScience detalha seus esforços coletivos, introduzindo um método inovador usando feixes de vórtice multiplexados, marcando um grande salto em fotônica e aplicações práticas.
Os pesquisadores embarcaram nesta jornada projetando inteligentemente uma máscara de fase espiral multicanal (MSPM). Este elemento óptico difrativo é fundamental para sua abordagem, produzindo múltiplos feixes de vórtices concêntricos, cada um com sua carga topológica única. Esta configuração complexa pode controlar múltiplas partículas simultaneamente, cada uma seguindo um caminho diferente. “O MSPM muda a face das pinças ópticas, trazendo um nível de controle e versatilidade sem precedentes na manipulação de partículas em microescala”, explica Francisco Muñoz-Pérez, cientista principal do estudo.
Ao explorar a descoberta central do seu estudo, a equipe descobriu que esses feixes de vórtices podem transferir momento angular para partículas presas. Isso faz com que as partículas orbitem o eixo óptico independentemente dentro de cada vórtice. O Dr. Vicente Ferrando esclarece o fenômeno: “É uma interação fascinante entre luz e matéria. O feixe de vórtice dá às partículas um movimento rotativo, ilustrando um aspecto fascinante da física”.
As descobertas do estudo vão muito além da física teórica. Eles abrem a porta para inúmeras aplicações práticas, especialmente em áreas onde o controle preciso em micro e nanoescala é crucial, como microrobótica e ciências biológicas. Francisco Muñoz-Pérez enfatiza: “Nosso trabalho não se trata apenas de compreender as interações entre a luz e a matéria. Trata-se de usar essas interações para aplicações do mundo real onde a precisão é crítica.”
Ao desafiar as normas tradicionais para captura óptica, este estudo demonstra a captura estável de partículas sem modulação de amplitude. Como destaca Francisco Muñoz Pérez, esta visão revoluciona a nossa compreensão de como a luz interage com partículas microscópicas.
Em conjunto, a investigação liderada por Francisco Muñoz-Pérez e a sua equipa representa um momento crítico na manipulação óptica. O seu trabalho funde os campos da fotónica e da ciência dos materiais, enriquecendo a nossa compreensão da interacção da luz e da matéria e estabelecendo as bases para futuras inovações tecnológicas. A sua descoberta é significativa e tem potencial para transformar muitas áreas da ciência e da indústria.
Referência do diário
Mount-Perez, FM, Firant, V., Furlan, WD, Castro-Palacio, JC, Arias-Gonzalez, JR, & Meses, JA (2023). “Texturização óptica baseada em feixes de vórtice multidimensionais com fases blindadas.” iScience, 26 (107987). Número digital: https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.107987.
