A, Drivande rörelse av en rektangulär platta på en friktionsyta genom excitationer av elastiska vågor genom pulsad optisk absorption. Tabell:samband mellan plattans rörelsetillstånd, (omedelbar) effektiv absorberad ljuskraft, friktionskraft och elastiska vågor. B, Bandstruktur av elastiska vågledarlägen i en guldplåt (bredd, w =4 μm; höjd, h =60 nm). Infällningar:modala profiler av fundamentala elastiska lägen vid statisk frekvens (pilar anger riktningar för elastiska svängningar). C, Glidförskjutning av kontaktytan på guldplattan (samma som i B; nedre panel) i z-riktningen driven av en nanosekund optisk puls (övre panel) med friktionsglidmotstånd Fslide =2,7 μN. D, Stabiliserad glidförskjutning som funktion av glidmotstånd, Fslide. E, Skiss av den observerade spiralrörelsen experimentellt. F, Temporal sekvensering av optiska bilder av en hexagonal guldplatta som rör sig i spiral runt en mikrofiber. Fibern har en diameter på 2 μm och sidolängden och tjockleken på plattan är 27,72 μm och 30 nm, respektive. G, Cosinus för rotationsvinkel Φrot (övre paneler), translationsförskjutning (nedre paneler) som funktioner av tid för guldplåtar med sexkantiga, cirkulär, och rektangulära basformer. Alla skalstaplar representerar 15 μm. De använda superkontinuumlaserpulserna har 6,8 mW medeleffekt, 3 ns temporal bredd och 6,13–kHz repetitionshastighet. Kredit:Weiwei Tang, Wei Lv, Jinsheng Lu, Fengjiang Liu, Jiyong Wang, Wei Yan, och Min Qiu
Att realisera optisk manipulation av mikroobjekt i icke-flytande miljöer är utmanande på grund av stark friktionskraft (~µN) som gör den optiska kraften (~pN) obetydlig. Mot detta mål, forskare från Westlake University i Kina visade spiralrörelser av mikroskopiska föremål på torra ytor som drivs av nanosekunders laserpulser. De avslöjade den underliggande mekanismen relaterad till interaktioner mellan termoelastiska vågor och friktionskraft. Resultaten banar väg för framtida utveckling av mikroskopiska ställdon i icke-flytande miljöer.
Nyckeln till aktiveringen ligger i att utnyttja termoelastiska vågor inducerade av pulsad optisk absorption i absorberande mikroobjekt för att övervinna friktionskraften.
I det här pappret, publicerad i Ljus:Vetenskap och tillämpningar , en teori som tar hänsyn till mikroskopiska interaktioner mellan friktionskraft och termiskt exciterade elastiska vågor har formulerats, som har en prediktiv ekvation för den optiska tröskeleffekten som krävs för att övervinna friktionsmotståndet. Forskarna fann att nanosekunders pulsad optisk absorption med mW-skala toppeffekt är tillräcklig för att tämja µN-skala friktionskraft och möjliggöra aktivering. Med nya teoretiska insikter, de demonstrerade experimentellt tvådimensionell spiralrörelse av guldplattor på mikrofibrer som drivs av nanosekundlaserpulser. Dessutom, det upptäcktes att rörelseriktningen är styrbar genom att mekaniskt justera relativa positioner och kontaktkonfigurationer mellan plattor och mikrofibrer, och rörelsehastigheten kan justeras genom att ändra pulsrepetitionshastigheter och pulseffekt.
När det gäller potentiella tillämpningar, författarna förklarade att "det föreslagna aktiveringsschemat i princip kan hitta praktiska tillämpningar inom olika områden som kräver att man exakt manipulerar mikroobjekt i icke-flytande miljöer. Till exempel, integrera vår teknik med ett vågledarkopplat nätverk på chip, man kan i princip uppnå optisk modulering genom att justera positioner av en guldplåt ovanpå vågledaren för att styra vågledaröverföringen via avstämningskoppling mellan närliggande vågledare. Dessutom, den kan också användas för att transportera dielektriska partiklar fästa på ytan av en guldplatta längs en mikrofiber/nano-tråd, vilket är viktigt i lab-on-a-chip-teknologier, t.ex., för biovetenskapliga tillämpningar."
