Các nhà khoa học vừa hóa lỏng được cả ánh sáng, biến một tia laser thành dòng chảy của dung dịch!?!

Khoa học thế kỷ 20 có nhiều đột phá lắm chứ, nhưng hôm nay ta sẽ dành sân khấu cho một thứ hào nhoáng và sáng chói: đó là tia laser. Thứ công nghệ này tạo ra một dòng photon liên tục và tập trung, có khả năng truyền dữ liệu, phát hiện ra phân tử và thậm chí còn có thể cắt xuyên kim loại – rất hay được kẻ xấu trong phim sử dụng.

Các nhà khoa học muốn đẩy xa cái giới hạn khả năng của laser hơn nữa, họ đặt ra câu hỏi rằng liệu có thể biến đường laser bắn thẳng này thành một đường chảy như dung dịch không?

Nhà nghiên cứu Jiming Bao tại Đại học Houston, Texas và một số cộng sự của mình đã khám phá ra một quá trình lỏng hóa ánh sáng hoàn toàn mới, cho phép họ dùng tia laser để tạo nên một dòng chảy như dung dịch. Kĩ thuật này sẽ có thể được áp dụng trong công nghệ kênh dẫn vi lưu (microfluidic: cho phép kiểm soát hoạt động trong một quy mô rất nhỏ thông qua một hoặc nhiều kênh nhỏ với kích cỡ nhỏ hơn 1mm), sinh hóa học, vi cơ điện tử hay bất cứ nghiên cứu nào sử dụng công nghệ phòng-thí-nghiệm-trên-một-con-chip.

Khám phá này là một sự bất ngờ với đội ngũ nghiên cứu. Ánh sáng laser thường không tương tác với nước, trừ khi thông qua một bề mặt chung chứa một chất trung gian nào đó, ví dụ như không khí chẳng hạn. Photon – các hạt ánh sáng có thể được đẩy xuyên qua một bề mặt như vậy, tuy là quá nhỏ và yếu để có thể biến thành một dòng chảy.

Nhưng họ phát hiện ra rằng họ có thể tạo ra một dòng nước chảy trong một khối nước lớn, nếu như khối nước ấy có chứa những hạt vàng kích cỡ nano. Họ chiếu một tia laser xanh lá cây xuyên qua một tấm kính lớn, và điều bất ngờ đã xảy ra sau vài phút: dòng nước chảy theo đường tia laser chiếu vào.

“Dòng chảy chạy theo đúng hướng của tia laser bắn vào và dường như chúng bị đẩy đi bằng những hạt photon trong tia laser vậy”, đội ngũ nghiên cứu nói. “Chúng tôi gọi hiện tượng này là dòng chảy laser”.

Chìa khóa thành công chính là những hạt có kích cỡ nano kia. Nếu như nước là nước cất không có tạp chất, tia laser sẽ đi thẳng và sẽ chẳng có dòng chảy nào cả. Sau khi nghiên cứu kĩ, hóa ra những hạt có kích cỡ nano kia hút ánh sáng xanh lá, thứ ánh sáng ấy có tần số cộng hưởng gần giống với các electron nằm trong hạt.

Điều này khiến cho các hạt nóng lên và nguội đi với từng đợt ánh sáng laser chiếu vào, nở ra và co lại theo từng đợt laser ấy. Chính điều này đã tạo nên những đường sóng nhỏ ở trong nước và thứ sóng siêu âm này từ trước đây đã được biết tới với khả năng làm chất lỏng dịch chuyển, quá trình ấy gọi là “acoustic streaming”, tạm dịch là “dòng âm thanh”.

Tuy nhiên quá trình ấy không thể chỉ do siêu âm tạo nên, chắc hẳn phải có một thứ khác nữa. Đội ngũ nghiên cứu nói rằng việc làm nóng và lạnh liên tục những hạt nano kia đã gần bức tường kính đã làm cho chúng liên kết với chính các phân tử kính này. Theo thời gian, những hạt nano ấy đã nạm vào điểm laser tiếp xúc với kính, tạo ra một lỗ hổng nano trên lớp ngăn bằng kính này.

Acoustic streaming.

Lỗ hổng ấy chính là điểm mấu chốt để thử nghiệm có thể được diễn ra, và chỉ bằng sự trùng hợp đơn thuần, lỗ hổng ấy lại có kích cỡ đúng và đủ chuẩn để có thể tập trung siêu âm đi vào. Dường như nó trở thành một cái loa khuếch đại vậy, tạo ra một tia siêu âm. Nước đã bị đẩy bởi tia siêu âm tập trung và định hướng này.

Và lỗ hổng ấy đã trở thành sợi dây liên kết khoa học về hạt photon kích cỡ nano, công nghệ kênh dẫn vi lưu, âm thanh và khoa học vật chất. Ai ngờ một lỗ hổng lại có sức mạnh lớn đến vậy. Khả năng làm dung dịch di chuyển ở mức độ hiển vi cực kì quan trọng với mọi nghiên cứu có liên quan tới thiết kế phòng-thí-nghiệm-trên-con-chip. Vô vàn ứng dụng, kể cả trong những khía cạnh ta chưa biết tới, chưa nghiên cứu tới.

“Việc tạo dòng chảy nước bằng tia laser sẽ có thể ứng dụng trong điều khiển hoặc kích hoạt các thiết bị thông qua ánh sáng, có thể là kênh dẫn vi lưu, thiết bị phóng laser, mổ laser hoặc làm sạch laser, đó mới chỉ là một vài ứng dụng thôi nhé”, đội ngũ hồ hởi nhận định.

Tương lai đang nắm câu trả lời, và ta cần chút thời gian để tìm ra nó.