受光控制的微载具

以周期性数组结构设计与制作的光学谐振器（optical resonator），可以产生在天然介质中所不易获得的光相互作用方式。尽管对光学特性已经有很好探讨，但力和动量相关的部分常常被忽视。

现在，Daniel Andrén及其瑞典查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology, Sweden）、俄罗斯莫斯科物理研究所（Moscow Institute of Physics, Russia）和瑞典歌德堡大学（Gothenburg University, Sweden）的同事，报告了在微粒背面制造极化敏感的介质周期数组，能够实现复杂的转向甚至物品运输（Nature Nanotechnol. 16, 970 - 974; 2021)。潜在的机制依赖于透过不对称散射的动量传递，而不是更常见的梯度力和热效应；它不需要光束或载台的平移，只要改变偏振，并可实现复杂的运动序列，如图一所示。

图一、利用光实现微粒子的运动序列

在1064奈米波长的激光光束驱动下，微型载具沿着盛水容器的玻璃底部移动。光束宽为0.4毫米，与载具的尺寸相比：长12微米，宽10微米，厚度1微米，该光束可以等效于一个平面波。该结构是一个600奈米和950奈米的二维周期二聚体（dimer）天线数组，每个天线由窄间隙的两个鳍片所组成。间隙的位置使得二聚体天线的每一“半”具有不同的长度。对于正向入射，平行于天线的长轴而言，有60% 的光偏转到+1阶绕射，较少偏转到0阶和-1阶；而沿着面内另一个轴的偏振光几乎没有不对称。总体结果是线偏振光驱动载具沿线性方向前进，而圆偏振光沿弯曲轨迹推动粒子前进，其运动方向取决于光偏振方向。这与对称天线形成对比，其线性极化不驱动运动而圆极化光则产生原地的旋转。

在不同的偏振对应不同系数情况下，速度与光强度成线性比例。无论载具是倒置还是右侧朝上几乎不会影响运动。最重要的是，运动和合力具有一定程度的自校正，因为当载具偏离轴时，它会在一定限度内自然地拉回到轨道上。

微型载具被证明可以在0.2毫米的距离内推动直径约4微米的聚苯乙烯（polystyrene）珠。一个烘焙师的酵母细胞也被运输了；最初，软细胞在薄载具上滑动，但引入弱盐（saline）水溶液降低了电池和基板之间的静电排斥，从而缓解了这个问题。一个比载具大15倍的灰尘颗粒也被推进了，尽管转向受损。