新方法利用光可使大尺寸物体悬浮及移动

科学日报，华盛顿，3月19日(记者刘海英)——加州理工学院的研究人员在18日发表在《自然光子学》在线版上的一篇论文中说，他们已经设计了一种新方法，通过在物体表面创造特定的纳米结构，利用光来悬浮和移动物体。研究人员表示，这一理论方法将有许多实际应用，甚至可以用于新一代光动力航天器的开发。

光是操纵物质的有力工具。30多年前，光镊的出现使科学家能够利用激光束的辐射压力移动和操纵微小物体。阿瑟·阿什金，被许多人认为是光镊之父，也因为他在这一领域的杰出贡献获得了2018年诺贝尔物理学奖。

光镊只能在很小的范围内操纵非常小的物体，但对大的物体却无能为力。然而，加州理工学院设计的新方法可以使用光束来操纵各种形状和大小的物体，小到微米，大到米。它不仅能把物体悬浮在空中，还能推动它们沿着光束的方向移动。

这种方法的关键是在物体表面创建一个特定的纳米级结构。这种结构可以与光相互作用，并通过控制沿物体表面的光散射的各向异性来实现毫米、厘米甚至米级物体的自稳定光学操纵。当物体受到干扰时，它可以调整自身以产生一个恢复扭矩，从而将其保持在光束路径中。

研究论文指出，这种新方法不需要高度聚焦的激光束，也不过度限制物体的形状、尺寸和材料组成。理论上，它有许多实际应用，可用于非接触晶片的制造和组装，以及轻型航天器的轨迹控制。

作者之一，加州理工学院应用物理和材料科学系的哈里·阿特·沃特斯说，这项技术甚至可以用于未来的光动力航天器的开发。从理论上讲，这样的航天器不需要携带燃料，并且可以使用由纳米尺度结构构造的激光器来推进轻帆。通过激光加速，它的速度甚至可以接近光速。