受光控制的微載具

以週期性陣列結構設計與製作的光學諧振器（optical resonator），可以產生在天然介質中所不易獲得的光相互作用方式。儘管對光學特性已經有很好探討，但力和動量相關的部分常常被忽視。

現在，Daniel Andrén及其瑞典查爾姆斯理工大學（Chalmers University of Technology, Sweden）、俄羅斯莫斯科物理研究所（Moscow Institute of Physics, Russia）和瑞典哥德堡大學（Gothenburg University, Sweden）的同事，報告了在微粒背面製造極化敏感的介質週期陣列，能夠實現複雜的轉向甚至物品運輸（Nature Nanotechnol. 16, 970 - 974; 2021)。潛在的機制依賴於透過不對稱散射的動量傳遞，而不是更常見的梯度力和熱效應；它不需要光束或載台的平移，只要改變偏振，並可實現複雜的運動序列，如圖一所示。

圖一、利用光實現微粒子的運動序列

在1064奈米波長的雷射光束驅動下，微型載具沿著盛水容器的玻璃底部移動。光束寬為0.4毫米，與載具的尺寸相比：長12微米，寬10微米，厚度1微米，該光束可以等效於一個平面波。該結構是一個600奈米和950奈米的二維週期二聚體（dimer）天線陣列，每個天線由窄間隙的兩個鰭片所組成。間隙的位置使得二聚體天線的每一“半”具有不同的長度。對於正向入射，平行於天線的長軸而言，有60% 的光偏轉到+1階繞射，較少偏轉到0階和-1階；而沿著面內另一個軸的偏振光幾乎沒有不對稱。總體結果是線偏振光驅動載具沿線性方向前進，而圓偏振光沿彎曲軌跡推動粒子前進，其運動方向取決於光偏振方向。這與對稱天線形成對比，其線性極化不驅動運動而圓極化光則產生原地的旋轉。

在不同的偏振對應不同係數情況下，速度與光強度成線性比例。無論載具是倒置還是右側朝上幾乎不會影響運動。最重要的是，運動和合力具有一定程度的自校正，因為當載具偏離軸時，它會在一定限度內自然地拉回到軌道上。

微型載具被證明可以在0.2毫米的距離內推動直徑約4微米的聚苯乙烯（polystyrene）珠。一個烘焙師的酵母細胞也被運輸了；最初，軟細胞在薄載具上滑動，但引入弱鹽（saline）水溶液降低了電池和基板之間的靜電排斥，從而緩解了這個問題。一個比載具大15倍的灰塵顆粒也被推進了，儘管轉向受損。