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Le Pinzette Ottiche sfruttano la luce di un laser focalizzato per intrappolare, ruotare e manipolare oggetti microscopici che vanno da cellule e particelle dielettriche, fino a nanostrutture o singoli atomi. Il loro sviluppo haportato allo studio e allo sfruttamento di forze e rotazioni indotte dalla luce in campi di ricerca multidisciplinari quali biofisica, nanotecnologia, soft-matter, microreologia, e optofluidica.

Storicamente le pinzette ottiche sono state anche utilizzate per realizzare microrotori in cui la luce trasferisce in modo controllato momento angolare a particelle intrappolate che possono ruotare liberamente in un fluido.

Recentemente una collaborazione tra gruppi di ricerca dell’Istituto per i Processi Chimico-Fisici, nelle sedi di Cosenza e Messina, e del Dipartimento di Fisica (Laboratorio di Fotonica) dell’Università della Calabria ha realizzato delle Pinzette Ottiche Chirali in cui le forze ottiche e il momento angolare trasferito da luce polarizzata circolarmente su particelle chirali sono accoppiati, aprendo la via ad  una optomeccanica e una optofluidica chirale. I ricercatori hanno dimostrato l’intrappolamento e la rotazione di microparticelle chirali “left” ottenute dall’auto-assemblaggio e successiva fotopolimerizzazione di cristalli liquidi colesterici. L’architettura supramolecolare radiale crea un microrisonatore di Bragg chirale che presenta una riflettanza selettiva rispetto alla lunghezza d’onda e alla polarizzazione della luce. Questi effetti fotonici chirali controllano l’accoppiamento tra momento lineare e angolare trasferito dalla luce “left”, mentre per luce “right” si ha un intrappolamento ottico senza rotazione. Le accurate misure di forza ottica e rotazioni sono state eseguite rivelando le correlazioni nella luce diffusa dalle particelle intrappolate. 

Gli studi condotti a Messina e Cosenza hanno portato alla pubblicazione del lavoro sulla rivista Nature Communications [M. G. Donato, et al., “Polarization-dependent optomechanics mediated by chiral microresonators”, Nature Communications, 5, 3656, (2014)].

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Fig. 1: a) Uno specchio chirale “left” presenta una optomeccanica chirale in cui la forza e il momento torcente trasferiti da luce circolarmente polarizzata sono accoppiati. b) Schema di una microparticella chirale ottenuta tramite la fotopolimerizzazione di cristalli liquidi colesterici auto-assemblati in configurazione radiale. c) Immagine di una microparticella intrappolata nella pinzetta ottica.

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