Физика

Ученые «распугали» микрочастицы лазерным светом

Нарисованные микрочастицами логотип Потсдамского университета, счастливый человечек и сердце

Scientific Reports

Международная группа ученых, в состав которой вошли исследователи физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, предложила новый метод управления микрочастицами на твердой поверхности в водной среде. Исследование было опубликовано в журнале Scientific Reports.

Новый метод основан на добавлении к воде фоточувствительного поверхностно-активного вещества (ПАВ). Находясь под действием света определенной длины волны, ПАВ способен менять свою конформацию — пространственное расположение атомов в молекуле определенной конфигурации. Это приводит к созданию быстрых течений воды, увлекающих частицы. Таким образом данный подход позволяет управлять скоплениями частиц, например очищать поверхности от посторонних загрязнений без риска повреждения, а также, наоборот, создавать на поверхности упорядоченные массивы микро- и наночастиц нужной формы и размера.

Как объясняют авторы работы, возникающий перепад концентраций вблизи заряженной твердой поверхности приводит к возникновению необычного эффекта — диффузио-осмотического течения воды. В ходе данного процесса маленькие частицы, лежащие на поверхности, увлекаются жидкостью и двигаются вместе с ней. Так, в ходе экспериментов удалось выявить, что, правильно подобрав длину волны лазера, можно заставить частицы двигаться в нужном направлении: выталкивать их из освещенного пятна или же, наоборот, стягивать к его центру. Проведенные расчеты также помогли определить режимы, при которых скорость жидкости максимальна. Кроме того, оказалось, что диффузио-осмотическое течение очень чувствительно к тому, соленая вода в системе или пресная: в первом случае скорость может упасть в несколько раз.

Несмотря на то, что изначально целью нового метода была очистка таких деликатных поверхностей, как полупроводниковые кристаллы для микроэлектроники, ученые нашли несколько других необычных приложений. Например, перемещая пятно лазера, можно «рисовать» на поверхности, так как за лазером будет оставаться видимый след с большей или, наоборот, меньшей концентрацией микрочастиц. В оригинальной публикации в качестве примера авторы приводят фотографии и видео, на которых микрочастицами нарисованы эмблема Потсдамского университета, «радостный человечек» и значок в форме сердца.