用光悬浮物体

用光悬浮物体

加州理工学院的研究人员设计了一种仅使用光悬浮和推动物体的方法,在物体表面创造出特定的纳米尺度图案。

尽管理论上仍然如此,但这项工作是朝着研制一种航天器迈出的一步,这种航天器可以在20年内到达离我们太阳系最近的行星,仅靠光提供动力和加速。

一篇描述这项研究的论文发表在3月18日出版的《自然光子学》杂志的网上。这项研究是在加州理工大学工程与应用科学系应用物理与材料科学教授霍华德·休斯的实验室进行的。

几十年前,所谓的光镊的发展使科学家能够利用激光束的辐射压力来移动和操纵微小物体,比如纳米颗粒。这项工作为2018年诺贝尔物理学奖奠定了基础。然而,光镊只能在很短的距离内操作非常小的物体。

博士后学者、该研究的第一作者OgnjenIlic给出了一个类比:“人们可以用吹风机中稳定的气流悬浮一个乒乓球。但是如果乒乓球太大,或者离吹风机太远,等等,它就不起作用了。”

通过这项新的研究,许多不同形状和尺寸的物体——从微米到米——可以用光束来操纵。关键是在物体表面创建特定的纳米尺度图案。这种图案与光相互作用的方式是,当物体受到扰动时,它可以自我调整,从而产生一个恢复力矩,使其保持在光束中。因此,不需要高聚焦激光束,物体的图案设计是为了“编码”自身的稳定性。光源也可以在数百万英里之外。

阿特沃特同时也是人工光合作用联合中心的主任,他说:“我们已经想出了一种可以悬浮宏观物体的方法。”利用这一技术作为新一代航天器的推进手段,有一个大胆而有趣的应用。我们离真正做到这一点还有很长的路要走,但我们正在测试这些原则。”

理论上,这种航天器可以用纳米结构制成图案,并由地球激光加速。无需携带燃料,宇宙飞船就可以达到非常高的,甚至相对论的速度,并有可能到达其他恒星。

阿特沃特公司还设想,这项技术可以在地球上用于快速制造更小的物体,如电路板。

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