Các nhà nghiên cứu tại Texas A&M đã chứng minh khả năng điều khiển trong ba chiều cho các thiết bị siêu nhỏ gọi là metajets bằng cách dùng tia laser. Công trình, do Shoufeng Lan dẫn đầu và công bố trên Newton, được coi là một bước tiến trong động lực học quang học và được đặt trong bối cảnh khả năng vận hành phương tiện mà không cần nhiên liệu truyền thống.
Vật thể metajet làm từ metasurface — một màng siêu mỏng được chạm khắc ở kích thước nano — nơi các họa tiết định hình và hướng ánh sáng ở quy mô rất nhỏ. Bằng cách thiết kế hình dạng, hướng và vị trí của các chi tiết trên metasurface, nhóm kiểm soát cách ánh sáng truyền động lượng cho vật và tạo ra lực có thể đo được. Lan ví hiệu ứng này như quả bóng ping pong bật khỏi bề mặt khi ánh sáng phản xạ.
Khác với các phương pháp tạo hình chùm sáng tách rời, cách tiếp cận này tích hợp quyền điều khiển ngay trong vật liệu, mang lại tính linh hoạt và khả năng mở rộng. Lực sinh ra phụ thuộc vào công suất ánh sáng hơn là kích thước thiết bị, nên nguyên tắc có thể áp dụng ra ngoài quy mô vi mô nếu có đủ công suất quang học.
Thiết bị hiện chỉ vài chục micron, nhỏ hơn sợi tóc, và được chế tạo với độ chính xác nano tại Texas A&M AggieFab với hỗ trợ của TEES và trường đại học. Nhóm thử nghiệm trong môi trường chất lỏng để bù trọng lực và đang tìm kinh phí để thử nghiệm trong môi trường vi trọng lực. Công trình bổ sung cho nghiên cứu ở châu Âu và nỗ lực tại Caltech cùng RIT, và các tác giả cho rằng trong khoảng 20 năm công nghệ này có thể cho phép du hành tới Alpha Centauri, trong khi tên lửa hiện nay sẽ mất hàng trăm nghìn năm để tới đó.
- Điều khiển 3 chiều từ mẫu trên metasurface
- Quyền điều khiển tích hợp trong vật liệu, không chỉ tạo chùm
- Khả năng mở rộng nếu có đủ công suất quang học
Từ khó
- metajet — Thiết bị siêu nhỏ tạo lực bằng ánh sángmetajets
- metasurface — Màng rất mỏng định hướng ánh sáng ở nano
- động lượng — Đại lượng liên quan chuyển động và lực
- tích hợp — Kết hợp sẵn bên trong vật hoặc hệ thống
- công suất — Lượng năng lượng truyền hoặc dùng theo thời gian
- vi trọng lực — Trạng thái gần như không có tác dụng của trọng lực
Mẹo: di chuột, dùng phím Tab hoặc chạm vào các từ được tô sáng trong bài để xem định nghĩa nhanh ngay khi bạn đọc hoặc nghe.
Câu hỏi thảo luận
- Theo bạn lợi ích chính của việc tích hợp quyền điều khiển ngay trong vật liệu là gì? Nêu một hoặc hai lý do.
- Bài viết nói nguyên tắc có thể mở rộng nếu có đủ công suất. Bạn nghĩ thách thức lớn nhất để đạt công suất đó là gì?
- Nếu công nghệ metajets tiến triển, nó có thể thay đổi du hành không gian như thế nào trong tương lai? Hãy nêu ít nhất một tác động có thể xảy ra.
