Ғалымдар лазердің көмегімен кремний тісті доңғалағын басқарудың жаңа әдісін ойлап тапты — олар оның бетін арнайы метаструктурамен қаптады.

Тісті механизмдерді миниатюризациялау

Тісті доңғалақтар мен шестернялар сағаттар мен автомобильдерден бастап гидроэлектростанциялар мен балалар ойыншықтарына дейін әртүрлі құрылғыларда кеңінен қолданылады. Олар механизм бөлшектері арасындағы айналмалы қозғалысты жеткізу үшін қажет. Инженерлер мен зерттеушілер үнемі шестернялардың өлшемін кішірейтіп, микромоторлар жасауға ұмтылады. Алайда, мұндай бөлшектердің ең кіші өлшемі шамамен 0,1 миллиметрмен шектелетін, себебі одан да кішірек жетек механизмдерін жасау мүмкін болмаған еді.

Микромеханизмдерді басқарудағы серпіліс

Халықаралық ғалымдар тобы бұл шектеуді жеңіп, дәстүрлі механикалық жетектерден бас тартты. Оның орнына, олар миниатюралық шестерняларды қозғалысқа келтіру үшін лазерді пайдалануды ұсынды. Бұл үшін тісті доңғалақтың бетіне жарықпен әрекеттесе алатын арнайы наноқұрылымды метаструктура салынды. Зерттеу нәтижелері Nature Communications журналында жарияланды.

Оптикалық метаматериалдар қалай жұмыс істейді

Оптикалық метаматериалдар — бұл жарықты нанодеңгейде ұстап, басқаруға қабілетті, реттелген наноқұрылымдары бар беттер. Метаструктурадағы мұқият есептелген резонанстардың арқасында ғалымдар оптикалық процестерді дәл басқара алады. Осындай құрылымдар негізінде, мысалы, әртүрлі сәулелену диапазондарына арналған «көрінбейтін плащтар» жасалады.

Эксперимент: лазер шестерняны қозғалысқа келтіреді

Эксперимент барысында зерттеушілер чипте диаметрі ондаған микрометр болатын шестерняларды литография әдісімен жасады. Олардың кейбіреуінің бетіне метаструктура салынды. Құрылғыны толқын ұзындығы 1064 нанометр және қуаты 88,5 микроватт/шаршы микрометр болатын дөңгелек поляризацияланған лазер сәулесімен сәулелендіргенде, тісті доңғалақ айнала бастады. Айналу жылдамдығы лазердің қарқындылығымен, ал бағыты — жарықтың поляризациясымен реттелді. Осылайша, көлемді механикалық байланыстардың орнына жарық арқылы басқару мүмкін болды.

Технологияның артықшылықтары мен болашағы

Зерттеудің бірінші авторы Гань Ван (Gan Wang) атап өткендей, жасалған беріліс жүйесі жарықпен қозғалысқа келтірілген бір шестерня арқылы бүкіл тізбекті іске қосуға мүмкіндік береді. Мұндай миниатюралық механизмдер айналмалы қозғалысты сызықтыққа айналдыра алады, қайталанатын қозғалыстарды орындайды және жарық ағынын бұру үшін микроскопиялық айналарды басқара алады.

Осындай бөлшектерді тікелей чипке біріктіріп, оларды жарықпен басқару күрделі қозғалмалы микрожүйелер жасауға жаңа мүмкіндіктер ашады. Лазерді пайдалану механизммен физикалық байланысуды қажет етпейді, бұл технологияны ауқымды түрде қолдануға жол ашады.

Мүмкін қолдану салалары

Жаңа шестернялардың өлшемі кейбір адам жасушаларымен салыстырмалы, сондықтан бұл жаңалықтың болашағы зор бағыттарының бірі — медицина.