美國加州理工學院研究人員近日在《自然·光子學》期刊線上版上發(fā)表論文稱，他們通過在物體表面創(chuàng)建特定的納米結(jié)構，設計出一種使用光即可使物體懸浮并推其移動的新方法。研究人員稱，這一理論方法將有很多實際用途，甚至可用于新一代光能驅(qū)動航天器的開發(fā)。
光是操縱物質(zhì)的有力工具。30多年前，光學鑷子的出現(xiàn)使科學家能夠用激光束的輻射壓力移動和操縱微小物體，被許多人認為是光學鑷子之父的亞瑟·阿什金也因在該領域的杰出貢獻而獲得了2018年諾貝爾物理學獎。
光學鑷子只能在小范圍內(nèi)操縱非常小的物體，對于大尺寸物體則無能為力。而加州理工學院設計的這一新方法，則可以用光束操縱小至微米級、大至米級的多種不同形狀和尺寸的物體，不僅可以使物體懸浮空中，還可推其循光束行進方向移動。
該方法的關鍵是在物體表面創(chuàng)建特定的納米級結(jié)構。這種結(jié)構會與光相互作用，通過控制沿物體表面光散射的各向異性，實現(xiàn)對毫米級、厘米級甚至米級尺度物體的自穩(wěn)定光學操縱。物體在受到擾動時可以自行調(diào)整，產(chǎn)生恢復扭矩以使其保持在光束行進路線中。
研究論文指出，這一新方法并不要求高度聚焦的激光束，也不會過分限制物體形狀、尺寸和材料組成，從理論上講具有多種實際用途，既可用于非接觸式晶圓的制造和組裝，也可用于輕型航天器的軌跡控制。
論文作者之一、加州理工學院應用物理與材料科學系的哈里·阿特沃特稱，這種技術甚至可用于未來光能驅(qū)動航天器的開發(fā)。從理論上講，這樣的航天器不需要攜帶燃料，可利用納米級結(jié)構構建的激光推進光帆，通過激光加速，其速度甚至可接近光速。
