新型光镊有望成为小物件通用“遥控器” 学术资讯

电场的强度分布在二次目标上施加了扭矩。

电影《星际迷航》中有一种神奇的“牵引光束”，它能够用于操纵微小粒子。科学家们曾开发了与其非常相似的“光镊”（optical tweezers）：通过特殊光束，研究人员甚至能捕获或者移动病毒与细胞。然而，这类光镊只能在真空环境或者透明液体中正常工作。任何干扰都可能会使光波发生偏转，破坏光镊的操控效果。正因如此，如果无法降低敏感性，就无法将光镊用于处于复杂环境中的生物样本。

《自然·光子学》杂志近日发文称，奥地利维也纳技术大学的科学家们开发了一种特殊的计算方法，可以确定无序环境下操纵微观粒子的完美波形。这使得在不产生直接接触的前提下，移动或旋转单个粒子具备了可行性。新型光镊有望成为所有小物件的通用“遥控器”。

光波非常敏感，无序、不规则的环境会使其产生异常复杂的偏转，并向各个方向散射。简单的平面光波因此可能转化出复杂的无序波形。这将完全改变光与特定粒子的相互作用方式。论文第一作者Michael Horodynski表示：“这种散射效应是可以得到‘补偿’的。我们能够计算出波最初的塑造方式，然后利用无序环境的不规则性将其准确转换成设计的波形。”有了Horodynski等设计的算法作为保障，不可计数的小扰动就不再是光波实验的阻力，而是精确动力。

维也纳技术大学研究人员Kevin Pichler为新型光镊技术做出了很大贡献。首先，他设置了随机摆放的聚四氟乙烯材料，然后对其施以微波辐照。由此，他成功制造出了紊乱条件下的预期波形。Rotter评价说：“Pichler等设计的微波实验证明我们的方法是有效的。但我们真正的目标是将其应用于可见光领域。这将为光镊技术开辟生物学等方面的全新应用场景。”

科界原创

编译：雷鑫宇

审稿：alone

责编：张梦

期刊来源：《自然·光子学》

期刊编号：1749-4885

原文链接：

https://www.tuwien.at/en/tu-wien/news/news-articles/news/a-remote-control-for-everything-small/