Команда физиков Техасского университета A&M разработала, изготовила и испытала в эксперименте новый, ранее не применявшийся тип двигателя. Ученые назвали его «метареактивным двигателем» (metajet) или просто «метадвигателем». Приставка «мета» указывает на главную часть его устройства — метаповерхность.
Ученые сделали фотонный двигатель размером с молекулу: зачем он нужен
Нанодвигатель, хотя и работает на энергии света, совершенно не похож на фотонные двигатели, какими их представляли ученые и фантасты 20 века. Он задействует не так давно открытые структуры, которые физики называют «метаповерхностями», и позволяет с помощью лазерного луча двигать объекты по трехмерной траектории, совершая повороты.
The Planetary Society
Содержание
Что такое метаповерхность
Эта поверхность не гладкая, а покрытая объемными структурами, размер которых меньше длины световой волны. Такая особенность заставляет падающий на метаповерхность свет вести себя причудливым образом при рефракции или отражении, меняя направление, фазу, амплитуду и поляризацию.
Вот пример: в нынешнем эксперименте метаповерхность представляла собой матрицу из силиконовых цилиндриков, поставленных на подложке из оксида силикона. Высота каждого из них равна 500 нанометров, диаметр — 100 нм, а шаг матрицы равен 450 нм.
Как работает микродвигатель: красные стрелки показывают направление рефракции света, зеленая — результирующий механический импульс.
Как работает метадвигатель
Метаповерхности уже активно используются в физике и фотонике — авторы новой работы смело заявили, что они «произвели революцию».
Остался невыясненным один важный вопрос: можно ли на их основе создать пропульсивную систему? Вся теория света указывает на ответ «да», поскольку фотоны обладают механическим импульсом: меняя их частоту и направление, можно менять и импульс.
Работа команды Техасского университета доказала, что это так. В эксперименте метаповерхность пометили в жидкую среду, чтобы сила Архимеда уравновесила гравитацию, и облучали лазером с длиной волны 1 микрон. Пробуя менять разные параметры волны, они заставляли объект в жидкости двигаться в разные стороны.
Полеты к звездам или новые лекарства
Коллеги из издания Interesting Engineering предположили, что метадвигатель открывает возможность, наконец-то, добраться до ближайшей звезды, Альфы Центавра, за приемлемый срок (с традиционными реактивными двигателями такое путешествие длилось бы несколько веков). Благо, что метаповерхности можно масштабировать — а значит, приводить в движение объекты макромира.
10 лет назад фотонный двигатель снова пытались создать
Журналисты вспомнили исследовательский проект Breakthrough Starshot 2016 года, сделавший очередную попытку создать зонд со световым парусом, способный достичь ближайшей звезды примерно за 20 лет. На сравнение с нынешним экспериментом их натолкнуло одно сходство: и в том, и в другом случае объект приводят в движение лазеры.
Та инициатива столкнулась с проблемами финансирования, несмотря на 100 миллионов долларов от Марка Цукерберга и других меценатов науки. Как и все предыдущие попытки создать фотонолет, проект загнулся.
Микродвигатель для химиков и медиков
Однако в исходной статье техасских авторов ничего не говорится про межзвездные путешествия. Вместо этого во введении к статье они упомянули химию и биологию. Метадвигатели способны бесконтактно приводить в движение объекты микромира.
Чем не способ делить или соединять кусочки ДНК, создавать биоактивные молекулы с новыми свойствами, проводить микрооперации? Открывается широчайшее поле для новых исследований.
Статья авторов разработки опубликована в Cell Press Journal.