中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)與新加坡國(guó)立大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)攜手，成功研發(fā)出一種新型的光學(xué)微操控工具——“三維光學(xué)扳手”。這一創(chuàng)新成果不僅突破了傳統(tǒng)光鑷技術(shù)的局限性，更為微觀粒子操控領(lǐng)域帶來(lái)了革命性的進(jìn)展。
光鑷，這一由美國(guó)科學(xué)家阿瑟·阿什金于1986年發(fā)明的激光工具，被譽(yù)為“單光束梯度力阱”。它利用光的動(dòng)量傳遞，對(duì)微粒施加光力，從而實(shí)現(xiàn)三維操控。然而，傳統(tǒng)的光鑷技術(shù)在施加旋轉(zhuǎn)扭矩方面存在明顯的局限性，通常只能沿光軸方向進(jìn)行，無(wú)法實(shí)現(xiàn)微粒的三維旋轉(zhuǎn)操控。
為了打破這一瓶頸，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)光學(xué)與光學(xué)工程系的龔雷副教授課題組與新加坡國(guó)立大學(xué)的仇成偉教授展開(kāi)了深入合作。他們通過(guò)深入研究聚焦光場(chǎng)三維自旋角動(dòng)量的定量調(diào)控方法及其光扭矩效應(yīng)，成功理論推導(dǎo)出了聚焦光場(chǎng)自旋角動(dòng)量與入射光場(chǎng)局部偏振螺旋度的定量方程。
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)提出了通過(guò)單個(gè)調(diào)制光束實(shí)現(xiàn)時(shí)變?nèi)S光扭矩的技術(shù)方案。這種調(diào)制的激光光束能夠施加任意方向的旋轉(zhuǎn)扭矩，進(jìn)而操控微粒在不同時(shí)間沿著指定三維轉(zhuǎn)軸做連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這一創(chuàng)新性的技術(shù)，正是“三維光學(xué)扳手”的核心所在。
實(shí)驗(yàn)證明，“三維光學(xué)扳手”不僅能夠?qū)ξ⒘?shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的三維旋轉(zhuǎn)操控，還能夠應(yīng)用于活體細(xì)胞的三維旋轉(zhuǎn)操控。這一技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了激光對(duì)微粒的全自由度操控，還將光鑷對(duì)微粒的三維平移操控拓展到了三維平移與轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)操控的新高度。
這一研究成果的發(fā)表，標(biāo)志著光鑷技術(shù)邁向了一個(gè)新的發(fā)展階段。未來(lái)，“三維光學(xué)扳手”有望在細(xì)胞三維層析、光學(xué)傳感、微機(jī)器人等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。它將為科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新提供強(qiáng)有力的支持，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域取得更加顯著的進(jìn)展。
值得注意的是，這一創(chuàng)新成果的取得并非一蹴而就。研究團(tuán)隊(duì)在研發(fā)過(guò)程中克服了重重困難，不斷挑戰(zhàn)技術(shù)極限。他們的努力和堅(jiān)持，不僅為科學(xué)界帶來(lái)了這一重要的技術(shù)突破，更為我們展示了科研人員的創(chuàng)新精神和執(zhí)著追求。
“三維光學(xué)扳手”的成功研發(fā)，不僅是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和新加坡國(guó)立大學(xué)科研合作的結(jié)晶，更是全球科研團(tuán)隊(duì)共同努力的結(jié)果。這一成果的取得，不僅提升了我國(guó)在微觀粒子操控領(lǐng)域的國(guó)際影響力，更為我們探索未知世界、推動(dòng)科技進(jìn)步提供了有力的支持。
