不再是科幻小說!澳洲研究員已研製出表面牽引光束

澳大利亞科學研究中心（ARC）變革性元光學系統卓越中心（TMOS）的研究人員在利用元表面製造牽引光束方面取得了初步重大進展。這些光束能夠將粒子引向它們，其靈感來自科幻小說中虛構的牽引光束，這種光束可以改變非侵入性醫療程序。



墨爾本大學的研究團隊在《ACS Photonics》上發表的研究報告中介紹了他們利用矽元表面產生的螺線管光束。以前的螺線管光束是通過笨重的特殊光調製器（SLM）產生的，但這些系統的尺寸和重量使光束無法用於手持設備。元表面是一層納米圖案矽，厚度僅為1/2000毫米。研究小組希望有一天能用它以非侵入性的方式進行活組織切片檢查，而不像目前的鑷子等方法會對周圍組織造成創傷。光束往往會產生推力，使粒子遠離光源。事實證明，電磁光束會將粒子引向光源，參考下鑽頭的工作原理，它將木屑拉向鑽頭。電磁光束的工作原理與此類似。

與以前產生的電磁橫樑相比，這種特殊的電磁橫樑有幾個優點：輸入橫樑的所需條件比以前的橫樑更靈活，它不需要 SLM，而且尺寸、重量和功率要求都比以前的系統低得多。

元表面是通過映射所需光束的相位全息圖來創建的。這被用來創建圖案。然後使用電子束光刻技術和反應離子蝕刻技術用矽製作元表面。當輸入光束（在本例中為高斯光束）濾過元表面時，大部分光束（約 76%）會轉換為電磁波光束，並從未曾轉換的光束中彎曲出來，從而使研究人員能夠無障礙地使用光束。他們能夠在 21 厘米的距離上確定光束的特性。

首席研究員瑪麗亞姆-塞塔雷（Maryam Setareh）說："這種裝置體積小巧、效率高，未來可能會有創新應用。利用元表面牽引顆粒的能力可能會對活檢領域產生影響，通過微創方法減少疼痛。"

Setareh說："我們很高興能研究我們的設備在粒子操縱方面的性能，這將為我們提供寶貴的見解。"

首席研究員肯-克羅澤（Ken Crozier）說："這項研究的下一階段將是通過實驗證明光束拉動粒子的能力，我們將很高興在獲得這些結果後與大家分享。這項工作為利用光對微小物體施力開闢了新的可能性。"