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新方法利用光可使大尺寸物體懸浮及移動
2019-03-21 08:52:13 來源: 科技日報
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  美國加州理工學院研究人員18日在《自然·光子學》期刊線上版上發表論文稱,他們通過在物體表面創建特定的納米結構,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動航天器的開發。

  光是操縱物質的有力工具。30多年前,光學鑷子的出現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建特定的納米級結構。這種結構會與光相互作用,通過控制沿物體表面光散射的各向異性,實現對毫米級、厘米級甚至米級尺度物體的自穩定光學操縱。物體在受到擾動時可以自行調整,產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動航天器的開發。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。

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【糾錯】 責任編輯: 鄭偉
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