Наноплазмоника на марше

Рис. 2. Конструкция устройства, предложенного авторами. Золотой пропеллер (радиус 100 нм, толщина 30 нм) помещён между двумя пластинами SiO2, размером 2,2 * 2,2 * 0,3 микрона каждая.

Рис. 3. Вращение пропеллера при различных значениях "лямбда"; (810 нм – вверху и 1700 нм – внизу).

Рис. 4. Зависимость силы, развиваемой золотым пропеллером (вверху) и его скорости вращения (внизу) от длины волны падающего света.

Рис. 5. Мультимоторные системы позволяют увеличить КПД системы в 2 раза.

И еще вертолёт, ссылка на видео здесь...

Первые успехи по созданию двигателей, работающих под действием света, относятся к 1873 году. Именно тогда британский учёный, член Королевского научного общества сэр Уильям Крукс (William Crookes) предложил конструкцию устройства, которое он назвал «световой мельницей». Устройство представляет собой вакуумированный стеклянный сосуд. В центр сосуда помещён четырёхлопастной пропеллер, который при освещении начинает вращаться (рис. 1). Аналогичные опыты, посвящённые исследованию давления света, в начале ХХ века проводил русский учёный Пётр Николаевич Лебедев.

В наступившем XXI веке удалось решить данную проблему на наноуровне. В работе «Light-driven nanoscale plasmonic motors», опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, авторами показана возможность создания с помощью литографической техники плоских золотых пропеллеров, заключённых между двумя пластинами из диоксида кремния (рис. 2). При облучении устройства электромагнитным излучением оно начинает вращаться вокруг своей оси. Таким образом, золотой наномотор способен приводить в движение объекты, которые больше его по объему в 4000 раз! Причём направление и скорость вращения зависят от выбранной длины волны электромагнитного излучения (см. рис. 3 и короткое видео внизу). По полученным в работе данным зависимость силы, создаваемой маленьким мотором, от длины волны облучающего его лазера имеет два абсолютных максимума в районе 800 и 1800 нм. При этих же длинах волн наблюдаются максимальные скорости вращения образца (см. рис. 4). Данные значения λ соответствуют двум частотам плазмонного резонанса в металлическом золоте, который и является движущей силой вращения пропеллера.

Повысить КПД работы механизма можно путём заключения нескольких золотых пропеллеров в одно устройство (рис. 5). Например, в случае одновременной работы четырёх пропеллеров в одном SiO₂ диске, его скорость вращения становится равной скорости одномоторной системы, несмотря на двойное уменьшение мощности источника света. То есть КПД системы возрастает в 2 раза. Возможное практическое применение своего изобретения авторы работы видят в создании световых моторов для наноразмерных механических систем, а также для in vivo манипуляций с двойной спиралью ДНК (её свёртки и развёртки).