Welches Drehmoment optische Pinzetten haben

Dass in dem Brennpunkt stark fokussierter Laserstrahlen eingefangene Teilchen unter bestimmten Umständen durch die Polarisation des Strahls zum Rotieren gebracht werden können, ist schon seit längerem bekannt. Ursache dessen ist die durch das elektrische Feld des Lichtstrahls verursachte Verschiebung der elektrischen Ladungen des gefangenen Körpers. Dieser erhält dadurch ein elektrisches Dipolmoment, dass danach bestrebt ist, sich entlang der elektrischen Feldlinien des Strahls auszurichten, so dass der Körper in Rotation versetzt wird.

Halina Rubinsztein-Dunlop und ihre Kollegen von der Universität von Queensland in Brisbane in Australien haben nun ein Verfahren entwickelt, dass das für die Rotation des eingefangenen Objekts verantwortliche Drehmoment bestimmen kann. Dazu muss nur die Polarisation des Lichtstrahls nach dem Durchgang durch das Objekt bestimmt werden. Über eine mathematische Formel kann das wirkende Drehmoment dann berechnet werden.

Eine Wissenschaftergruppe der Cornell Universität um Arthur La Porta hat dieses Verfahren nun dazu benutzt, um die Rotation eines gefangenen Teilchens genau zu kontrollieren. Ihre Methode ist relativ einfach. Zunächst bestimmen sie mit dem in Brisbane entwickelten Verfahren das in der Falle wirkende Drehmoment. Mittels eines Rückkopplungsverfahrens wird dann die Polarisation des für die Falle verantwortlichen Lichtstrahls so verändert, dass das Drehmoment zeitlich konstant ist. Auf diese Weise ist es möglich, Teilchen mit einer genau festgelegten, zeitlich konstanten Rotationsperiode rotieren zu lassen.