Nieuwe techniek laat licht zijn spierballen rollen

Licht bestaat uit een stroom fotonen. Als twee golfgeleiders (lichtgeleidende kabels) zich vlak naast elkaar bevinden, trekken ze elkaar aan of stoten ze elkaar af. Helaas is dit effect, normaal gesproken, extreem zwak. Natuurkundigen van de Vrije Universiteit Brussel, Harvard University en Chalmers University of ​ ​ hebben nu een methode ontwikkeld om deze interactie, die ook wel de optische kracht genoemd wordt, significant te versterken. Hun onderzoeksresultaten werden onlangs gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Physical Review Letters.

Om het licht zich op een compleet nieuwe manier te laten gedragen, bestudeerden de onderzoekers golfgeleiders van kunstmatige materialen die in staat zijn fotonen te manipuleren. De speciaal ontwikkelde materialen laten alle fotonen naar één kant van de golfgeleider toe bewegen. Wanneer de fotonen in een nabije golfgeleider hetzelfde doen, raakt een grote hoeveelheid fotonen plotseling sterk opeengepakt. Hierdoor wordt de kracht die de twee golfgeleiders op elkaar uitoefenen tot wel tien keer zo sterk.

‘We hebben een manier gevonden om de fotonen zodanig te manipuleren dat ze samenklonteren tegen de binnenwanden van de golfgeleider,’ zegt Philippe Tassin, hoofddocent aan het departement natuurkunde van Chalmers. ‘Normaal gesproken hebben fotonen geen voorkeur voor links of rechts – dat effect wordt gecreëerd door ons metamateriaal.’

Technische en medische toepassingen

De auteurs, Lana Descheemaeker, Vincent Ginis, Sophie Viaene en Philippe Tassin, hebben een methode ontwikkeld om de optische kracht op compleet nieuwe manieren aan te wenden. De kracht kan bijvoorbeeld worden gebruikt om nanomotoren aan te drijven. Zulke extreem kleine motoren zullen in de toekomst in de medische technologie gebruikt worden om cellen te sorteren of weefsel te manipuleren.

‘Onze methode biedt nieuwe mogelijkheden voor het gebruik van golfgeleiders in een breed scala van technische toepassingen,’ zegt Vincent Ginis, docent toegepaste natuurkunde en vakdidactiek wetenschappen van de Vrije Universiteit Brussel. ‘Het is werkelijk fascinerend dat een door mensen vervaardigd materiaal in staat is om de fundamentele manier waarop licht zich verspreidt dermate dramatisch te veranderen.’