کنترل از راه دور حرکت منابع نانو متری گرما و جریان سیال القا شده با گرما با استفاده از نیروی نور
در تصویر a نانوذرات طلا با اندازه 200 نانومتر توسط یک دام لیزر حلقه‌ای شکل با طول موج 532 نانومتر محدود می‌شوند و به صورت اپتیکی دور آن حرکت داده می‌شوند. این نانوذرات به سرعت در یک گروه پایدار از ذرات گرم شده جمع شده و یک منبع گرمایی محدود شده ( G-NP) از نانو ذرات با دمای حدود 500 کلوین را تشکیل می‌دهند. سپس نانوذرات آزاد طلا به عنوان ذرات ردیاب به سمت G-NP که جریان القا شده با گرمایی دارد کشیده می‌شود. سرعت G-NP با نیروی پیشراه نوری کنترل می‌شود که متناسب با قدرت گرادیان فاز و هماهنگ با دام لیزری است. قسمت b تصویر مربوط به حالت 1 انتقال است. این نیروی پیشرانه غیر همسان G-NP ها را به سوی حداکثر سرعت یعنی m/sµ 42 سوق می‌دهد. تصویرb، نشان‌دهنده طرحی از تعویض پیکربندی گرادیان فاز (بین حالت 1 و حالت 2) است که باعث امکان دستکاری پیچیده‌تر منابع گرمایی یعنی تقسیم یا ترکیب شدن G-NP می‌شود. تصویر c حرکت مخالف منابع گرمایی را با نیروی میانگین نیروهای پیشرانه در محل تقسیم نشان می‌دهد (حالت 3 در صفر درجه را که در تصویر b نشان داده شده است ببینید) نانوذرات جداشده متعلق به G-NP اصلی است که تقسیم شده و G-NP-1 و G-NP-2 را می‌سازد؛ توالی این اتفاقات در تصویر قابل مشاهده است و در فیلم مقاله هم نمایش داده شده است. این دو منبع گرمایی تازه با متوسط زمانی نیروی پیشرانه طبق حالت 3 در جهات مخالف و به سمت جایی رانده می‌شوند تا دوباره به شکل G-NP مشترکی ادغام شوند. مسیرهای انتقال پیچیده برای تحویل G-NP مثلا به شکل
مدار گره[1]، امکان توزیع فضایی منابع گرمایی متحرک را در شبکه هدف فراهم می‌کنند
امروزه، سیالات نوری یکی از کاربردهای شاخص فوتونیک برای آنالیز شیمیایی و زیست‌شناسی به‌شمار می‌رود. قابلیت ساختارهای پلاسمونیک ( مانند نانوذرات کلوییدی طلا و نانوذرات نقره) تحت تابش، در آزادسازی گرما و القای هم‌رفتی سیال در ریز مقیاس، در دو دهه گذشته مورد توجه زیادی قرار گرفته است. وابستگی اندازه‌ای و شکلی، و نیز کوک‌پذیری طول موجی خواص گرمایی و اپتیکی این ذرات، راه را برای کاربردهای مرتبط هموار کرده است که از میان می‌توان برای مثال درمان نورگرمایی، تصویربرداری، پردازش مواد، حس‌گری زیستی و سیالات نوری گرمایی را نام برد. شکل‌دهی و کنترل حرکت منابع گرمایی تقویت شده با پلاسمون، به‌صورت در محل، می‌تواند مسیری مناسب برای بهره‌بردای بیشتر از ویژگی‌های آن‌ها، مخصوصا در سیالات نوری فراهم کند. با این وجود، سیالات نوری یک مسئله چند رشته‌ای چالش برانگیز است که از ترکیب اپتیک، ترمودینامیک و هیدرودینامیک به‌وجود آمده است.
به تازگی دانشمندان اپتیک دانشکده فیزیک در دانشگاه کاپتلوتنس[2] در مادرید اسپانیا روشی را توسعه داده‌اند تا بتوانند شکل‌گیری و حرکت منابع گرمایی (گروهی از نانو ذرات طلا) و جریانات سیال القا شده با گرما که اطراف آن‌ها شکل می‌گیرند، را به‌طور پیوسته کنترل کنند. مقاله این کار آن‌ها در نشریه فیزیک نور و کاربردهایش[3] به انتشار رسیده است.
این روش از یک دام پرتوی لیزری ساختار یافته برای اعمال یک نیروی پیشرانه اپتیکی ،به منظور ایجاد کنترل حرکت در نانوذرات پلاسمونیک بهره می‌برد. همین لیزر به‌طور هم‌زمان نانو ذرات را گرم می‌کند. از آنجا که هم شکل دام لیزری و هم نیروی پیشرانه نوری بهسادگی و به‌طور غیر همبسته تنظیم شده هستند، می‌توان نانو ذرات گرم را به‌صورت اپتیکی، براساس کاربرد مقرر در مسیرهایی که پیکربندی آن‌ها تجدیدپذیر است با سرعت کنترل‌شده‌ای عبور داد.
براساس این مکانیزم دستکاری نوری، پرفسور خوزه رودریگو و همکارانش اولین شواهد جریان سیال القا شده با گرما را گزارش داده‌اندکه از یک منبع گرمای در حال حرکت با سرعت کنترل شده در مسیرهای هدف، نشات گرفته است . این دستکاری بدون تماس در مقیاس ریز یک عملگر سیال نوری تطبیق‌پذیر را برای فعال‌کردن ویژگی‌های جدید فراهم می‌کند. به‌عناون مثال می‌توان در تحقیقات شیمی و زیست‌شناسی از آن برای تحویل دادن اشیا نانومتری و آنالایت‌ها به یک مکان هدف، به‌شکل انتخابی استفاده کرد. علاوه‌بر این، محققان این پژوهش به‌صورت تجربی نشان دادند که کنترل زمانی و فضایی نیروی پیشرانه اپتیکی امکان تغییر جریان‌های سیالی و همچنین تقسیم یا ادغام گروه‌های نانوذرات در حال حرکت حاوی منابع گرما را در محل فراهم می‌کند. نتایج گزارش شده دارای اهمیت بنیادی و عملی در زمینه دستکاری نوری ساختارهای نانویی و سیالات نوری گرمایی هستند. این کار یک هم‌افزایی بین دستکاری نوری، پلاسمونیک حرارتی و هیدرودینامیک محسوب می‌شود.
فیزیکدانان این پژوهش دستیابی به پیوند حرارت دهی نوری القایی نانوذرات پلاسمونیک و انتقال نوری قابل برنامه‌ریزی هم زمان با آن را راهگشای میکرو رباتیک نوری می‌دانند و از آن به‌عنوان زمینه‌ای برای خلق ابزارآلات سیال نوری گرمایی آینده یاد می‌کنند.
[1] Knot circuit
[2] Complutense University
[3] Light Science & Application
منابع:
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-11/lpcc-rco112220.php