Оптические манипуляции от микроуровня до наноуровня: основы, достижения и перспективы

С момента изобретения оптических пинцетов оптические манипуляции значительно продвинулись в таких научных областях, как атомная физика, оптика и биологические науки. Особенно в последнее десятилетие было предложено множество оптических пучков и наноразмерных устройств, позволяющих механически воздействовать на наночастицы всё более точно, стабильно и гибко. Для создания оптических тракторных пучков, пинцетов и оптического крутящего момента от микроуровня до наноуровня могут использоваться как линейный, так и угловой импульсы света. Исследование оптических сил помогает раскрыть природу взаимодействий света с веществом и прояснить фундаментальные аспекты, требующие корректного описания импульсов и сил, действующих на объекты в веществе. В настоящем обзоре, начиная с базовых теорий и вычислительных подходов, мы рассматриваем новейшие конфигурации оптического захвата и их применения в биологических науках, а также последние достижения в области наномасштаба. Наконец, мы обсуждаем перспективы наноманипуляций, обладающих значительным потенциалом применения в различных научных областях и повседневной жизни. Обзор последних достижений в области оптических манипуляций позволяет прогнозировать появление новых и захватывающих применений. Оптические манипуляции, использующие свет для захвата и перемещения малых объектов, стали важным инструментом во многих областях. Развитие оптических пинцетов наряду с достижениями нанотехнологий открыло путь к новым применениям. Сначала рассматривая фундаментальные свойства оптических сил и подходы к их расчёту, Чэн-Вэй Цю и его коллеги из Национального университета Сингапура совместно с соавторами оценивают последние разработки и появляющиеся технологии в области оптических манипуляций. Они прогнозируют, что более совершенные методы управления электромагнитным полем приведут к появлению новых пучков для оптических манипуляций. Они также предполагают, что в будущем могут использоваться субнаномасштабные структуры, что потребует учёта квантовых эфф...