美國加州理工學(xué)院研究人員18日在《自然·光子學(xué)》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(gòu)，設(shè)計(jì)出一種使用光即可使物體懸浮并推其移動(dòng)的新方法。研究人員稱，這一理論方法將有很多實(shí)際用途，甚至可用于新一代光能驅(qū)動(dòng)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(xué)鑷子的出現(xiàn)使科學(xué)家能夠用激光束的輻射壓力移動(dòng)和操縱微小物體，被許多人認(rèn)為是光學(xué)鑷子之父的亞瑟·阿什金也因在該領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)而獲得了2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
光學(xué)鑷子只能在小范圍內(nèi)操縱非常小的物體，對(duì)于大尺寸物體則無能為力。而加州理工學(xué)院設(shè)計(jì)的這一新方法，則可以用光束操縱小至微米級(jí)、大至米級(jí)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(jìn)方向移動(dòng)。
該方法的關(guān)鍵是在物體表面創(chuàng)建特定的納米級(jí)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)會(huì)與光相互作用，通過控制沿物體表面光散射的各向異性，實(shí)現(xiàn)對(duì)毫米級(jí)、厘米級(jí)甚至米級(jí)尺度物體的自穩(wěn)定光學(xué)操縱。物體在受到擾動(dòng)時(shí)可以自行調(diào)整，產(chǎn)生恢復(fù)扭矩以使其保持在光束行進(jìn)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(huì)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(shí)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(xué)院應(yīng)用物理與材料科學(xué)系的哈里·阿特沃特稱，這種技術(shù)甚至可用于未來光能驅(qū)動(dòng)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(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)建的激光推進(jìn)光帆，通過激光加速，其速度甚至可接近光速。