研究人员用光操纵纳米级粒子

研究人员在模拟中创建的第一系统可以由普通光束而不是其他系统所需的昂贵的专门光源操纵。

来自麻省理工学院的科学家们在模拟中创建了第一系统，其中粒子从大致分子到细菌大小的粒子可以被普通光束操纵，而不是其他系统所需的昂贵的专用光源。

科幻小说充满了幻想器件，允许光线才能充分地与灯开工到光子驱动火箭互动。近年来，科学已经开始赶上;一些结果暗示了在原子尺度的光线和物质之间有趣的实际相互作用，以及研究人员产生了诸如光学拖拉机梁，镊子和涡流束的装置。

现在，MIT和其他地方的团队通过在模拟中创建了这种异国情调的攻击来推动了探讨了这种异国情调的矛盾的第一个系统，其中粒子从大致分子到细菌大小的粒子 - 可以通过普通光束操纵而不是其他系统所需的昂贵的专业光源。目前在杂志上报道了调查结果，由MIT Postdocs Ighjen Ilic Phd'15，IDO Kaminer和Bo Zhen;物理马林索尔·斯齐奇教授;还有两个。

大多数研究试图用光操纵物质，无论是否通过推开疏散原子或小颗粒，吸引它们或旋转它们，涉及使用复杂的激光束或其他专业设备，这些设备严重限制了这种系统的种类的使用被应用于。“我们的方法是看看我们是否可以获得所有有趣的机械效果，而是用非常简单的光线，”Ileic说。

该团队决定在工程颗粒本身而不是光束上工作，以使它们以特定方式响应普通光。作为初步测试，研究人员创造了模拟的不对称颗粒，称为Janus（双面）颗粒，仅为千分尺 - 百分之一百次。人发的宽度。这些微小的球体由涂在侧面的二氧化硅芯构成，薄薄的金层。

研究人员发现，当暴露于光束的光束时，这些颗粒的双面构造导致相对于梁的取向相对于光束的取向来改变它们的相互作用。同时，这种相互作用会产生均匀地旋转纺丝的力。多个颗粒可以通过相同的光束一次受到一次。通过改变光的颜色，可以改变旋转速度。

研究人员所说，同样的系统可以应用于产生不同种类的操作，例如移动颗粒的位置。最终，这种新的原理可能适用于在身体内部移动颗粒，使用光来控制其位置和活动，用于新的医疗治疗。它也可能在光学基础的纳米机械中找到使用。

Kaminer说：“我认为，”我认为这是阿森纳的一个新工具，以及一个非常重要的工具，Kaminer越来越多地控制着光和物质物体之间的相互作用的方法。“

ILIC说这项研究“使得能够通过塑造光束的传统方法来实现动态，”并且可以在这一点上难以预见的各种应用。例如，在许多潜在的应用中，例如生物用途，纳米颗粒可以在令人难以置信的复杂，变化的环境中移动，这些环境变形和散射其他种类粒子操纵所需的光束。但这些条件对激活团队不对称粒子所需的简单光束无关紧要。

“因为我们的方法不需要光田的成形，所以单个光束可以同时致动大量颗粒，”Ilic说。“实现这种行为对于研究纳米颗粒和分子机器的光学操纵的科学家社区是相当兴趣的。”Kaminer补充道，“在一次控制大量粒子时存在有利的优势。这是我们这里有一个独特的机会。“

Soljačić表示，这项工作适合拓扑物理学领域，这是一个蓬勃发展的研究领域，也导致了去年的物理诺贝尔奖。但是，大多数此类工作已经专注于相当专门的条件，这些条件可能存在于某些称为周期性媒体的异国情调。“相比之下，我们的工作调查了粒子中的拓扑现象，”他说。

这是一开始，团队建议。这种初始模拟仅解决了具有非常简单的双面粒子的效果。“我认为对我们来说是最令人兴奋的事情，”Kaminer说：“这里有一个巨大的机会领域。通过这种简单的粒子，显示了这种复杂的动态，“他说，很难想象一个可能的可能”我们可以探索的巨大粒子和形状和结构。“

“已经发现拓扑是一种强大的工具，在描述了一些物理系统中，”宾夕法尼亚州的助理法学助理教授Mikael Rechtsman说，这是宾夕法尼亚州的助理教授。“只要系统可以通过拓扑数描述，它必须对现实条件下存在的缺陷非常不敏感。Soljačić的集团已设法找到另一个重要的物理系统，其中这种拓扑稳健性可以发挥作用，即纳米颗粒的控制和操纵。具体地，它们发现某些颗粒的旋转状态可以在通过系统传播的激光束的存在下是“拓扑保护”的。例如，这可能具有诱捕和探测杀菌病毒和DNA的重要性。“

该团队还包括耶鲁大学的Owen Miller，在克罗地亚萨格勒布大学的Hrvoje Buljan。该工作得到了美国陆军研究办公室通过士兵纳米技术研究所，国家科学基金会和欧洲研究委员会的支持。

出版物：Ignjen Ilic等人，“拓扑化光学纳米热管”，科学推进2017年6月30日：卷。 3，不。 6，E1602738，DOI：10.1126 / sciadv.1602738