Из звуковой волны сделали «крючок»

Ученые Томского политехнического и Томского государственного университетов вместе с коллегами из Испании смоделировали и экспериментально подтвердили существование нового типа криволинейных акустических волновых пучков — акустических крючков. Их можно применять как перспективный инструмент для манипуляции частицами с помощью ультразвука на очень маленьком расстоянии. Подобные манипуляции необходимы в биомедицинских исследованиях, при синтезе новых материалов. Результаты исследования опубликованы в журнале Results in Physics.

Ранее ученым был известен лишь один тип искривленных оптических лучей — пучки Эйри и их производные. Их впервые получили в 2007 году. Физические свойства пучков позволяют их использовать как раз для управления мелкими частицами, что интересно для микрофлюидики и клеточной биологии. Но создание таких пучков требует достаточно сложного оборудования. Поэтому исследователи в разных странах ищут новые типы искривленных пучков, которые можно было бы получать значительно проще.

«Поиск принципов создания новых искривленных пучков — это интересная современная область исследований, открывающая широкие перспективы как с фундаментальной точки зрения, так и с практической. В 2018 году наш авторский коллектив теоретически предсказал существование нового типа искривленного самоускоряющегося светового луча, по форме напоминающий крючок. Мы его так и назвали в опубликованных работах — фотонный крючок. Здесь речь идет об искривленной электромагнитной волне. И возник вопрос: могут ли такие кривые пучки формироваться из акустической волны? В новой статье мы утвердительно ответили на этот вопрос. И получать такой акустический крючок несравнимо проще, чем пучки Эйри», — говорит руководитель проекта, старший научный сотрудник отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин.

Для получения акустического крючка исследователи использовали микрочастицу из диэлектрического материала «рексолита», которая имела неправильную форму. Эту частицу в ходе экспериментов помещали в воду и облучали ультразвуком. Проходя через частицу такой формы, звуковая волна на выходе из частицы искривлялась в форме крючка.

Новая разработка найдет применение в биомедицине, синтезе новых материалов, управлении перемещением наночастиц с помощью ультразвука с высокой субволновой точностью.