瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員已成功制造出僅由光驅(qū)動(dòng)的微型車(chē)輛。通過(guò)將光學(xué)超表面分層到微觀粒子上，然后使用光源對(duì)其進(jìn)行控制，他們成功地以各種復(fù)雜而精確的方式移動(dòng)微型車(chē)輛，甚至使用它們來(lái)運(yùn)輸其他物體。

光具有移動(dòng)微觀物體的固有能力——這一特性以前用于開(kāi)發(fā)諾貝爾獎(jiǎng)獲得者“光學(xué)鑷子”的研究理念，它使用高度聚焦的激光束以令人難以置信的精度控制和操縱微小顆粒。

現(xiàn)在，查爾姆斯理工大學(xué)和哥德堡大學(xué)的一個(gè)研究小組已經(jīng)展示了如何使用未聚焦的光以受控方式操縱微觀粒子。他們的研究最近發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上。

研究人員制造的車(chē)輛尺寸為 10 微米寬和 1 微米厚——千分之一毫米。這些車(chē)輛由一個(gè)微小的顆粒組成，上面涂有一種被稱(chēng)為“超表面”的東西。超表面是精心設(shè)計(jì)和有序的納米顆粒的超薄排列，專(zhuān)門(mén)用于以有趣和不尋常的方式引導(dǎo)光。它們?yōu)橄冗M(jìn)組件的使用提供了令人著迷的可能性用于光學(xué)應(yīng)用，如照相機(jī)、顯微鏡和電子顯示器。通常，它們往往被認(rèn)為是靜止的物體，它們的用途被視為控制和影響光的能力。但在這里，研究人員從另一個(gè)角度看待它，研究光產(chǎn)生的力是如何產(chǎn)生的”

就像兩個(gè)撞球

研究人員將他們稱(chēng)為“元車(chē)輛”的微型車(chē)輛放在水盤(pán)底部，然后使用松散聚焦的激光將平面光波引導(dǎo)到它們上。通過(guò)純粹的機(jī)械過(guò)程——光產(chǎn)生的熱量在效果中沒(méi)有任何作用——然后車(chē)輛可以以各種模式移動(dòng)。通過(guò)調(diào)整光的強(qiáng)度和偏振，研究人員成功地以高精度控制車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)和速度，在不同的方向和復(fù)雜的模式(例如八字形)上導(dǎo)航。

“根據(jù)牛頓第三定律，對(duì)于每一個(gè)動(dòng)作都有一個(gè)相等且相反的反應(yīng)——這意味著當(dāng)光照射到超表面，并在一個(gè)新的方向上偏轉(zhuǎn)時(shí)，超表面也被推向另一個(gè)方向. 想象一下打臺(tái)球，當(dāng)兩個(gè)球相互撞擊并朝不同方向反彈時(shí)。在這種情況下，光子和元表面就像那兩個(gè)臺(tái)球，“查爾姆斯大學(xué)物理系教授 Mikael Käll 解釋道。技術(shù)，文章的共同作者和研究項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。

搬運(yùn)其他小物件

“元車(chē)輛是穩(wěn)定的，它們的導(dǎo)航是高度可預(yù)測(cè)和可控的。有了先進(jìn)的自動(dòng)反饋系統(tǒng)，以及對(duì)光源強(qiáng)度和偏振的更復(fù)雜的控制，更復(fù)雜的導(dǎo)航將成為可能，”丹尼爾安德倫解釋說(shuō)，前任查爾姆斯物理系和該研究的主要作者。

研究人員還嘗試使用超載運(yùn)載工具作為運(yùn)輸工具，在坦克周?chē)苿?dòng)小顆粒。元載體被證明能夠輕松地在水中運(yùn)輸物體，包括微小的聚苯乙烯珠和酵母顆粒。他們甚至成功地將灰塵顆粒推到了超車(chē)輛本身大小的 15 倍。

目前，這一發(fā)現(xiàn)的實(shí)際應(yīng)用可能還有一段路要走。但這項(xiàng)研究的基本性質(zhì)意味著其價(jià)值可能尚不明顯。

“在光學(xué)力的探索中，有許多有趣的效應(yīng)尚未完全理解。推動(dòng)此類(lèi)研究的不是應(yīng)用，而是探索不同的可能性。在未來(lái)的許多不同階段，你永遠(yuǎn)不知道什么將會(huì)發(fā)生。但我們展示了如何將元載體用作轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白這一事實(shí)是最初最有希望的潛在應(yīng)用，例如通過(guò)細(xì)胞溶液移動(dòng)粒子，”Mikael Käll 解釋道。

該研究發(fā)表在《自然納米技術(shù)》雜志上的文章“由嵌入式光學(xué)超表面驅(qū)動(dòng)和控制的微型超車(chē)輛”中。

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