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上海光機所在光學(xué)操控二維納米片運動方面獲得進(jìn)展

led13535084363 ? 來源:光行天下 ? 2023-04-28 10:35 ? 次閱讀

近日,中科院上海光機所光芯片集成研發(fā)中心研究團(tuán)隊提出了一種“二維光驅(qū)動納米機器”模型,利用飛秒脈沖激光實現(xiàn)二維金屬納米片在二維固體表面定向操控,該工作解決了在非流體環(huán)境中實現(xiàn)光學(xué)操控微粒的難題,相關(guān)研究成果以“Photoacoustic 2D actuator via femtosecond pulsed laser action on van der Waals interfaces”為題發(fā)表于《自然·通信》(Nature Communications)。

光攜帶力來操縱粒子的想法可以追溯到開普勒和牛頓,后來被麥克斯韋證實。自阿瑟·阿什金等前輩的開創(chuàng)性工作以來,利用光束操控微型物體的研究在納米科學(xué)與技術(shù)的相關(guān)領(lǐng)域占據(jù)舉足輕重的位置。然而,光學(xué)操控技術(shù)主要在真空、空氣和液體環(huán)境中工作,用以減少環(huán)境阻力。在非流體環(huán)境(如強范德華界面)中實現(xiàn)光學(xué)操控微型物體仍然是一個很大的挑戰(zhàn)。

研究團(tuán)隊利用傳統(tǒng)的機械剝離法在藍(lán)寶石襯底上制備了二維金屬納米片,利用光學(xué)顯微鏡將飛秒脈沖激光垂直輻射在納米片上:當(dāng)脈沖激光照射時,二維納米片開始運動,并在均勻光照區(qū)域內(nèi)持續(xù)運動,通過激光的移動來改變輻照區(qū)域,從而使二維納米片實現(xiàn)定向運動。由于襯底的存在,納米片的運動被控制在二維水平表面。通過對不同的二維納米片進(jìn)行對比性實驗,研究發(fā)現(xiàn),具有高的線性吸收系數(shù)和熱膨脹系數(shù)的金屬型材料(例如VSe2和TiSe2)才能在該光學(xué)操控系統(tǒng)中具有明顯的運動行為,目前運動效率可達(dá)到434 ms-1mW-1。

研究團(tuán)隊通過數(shù)值模擬分析,揭示了二維納米片與襯底的界面中非對稱型空氣間隙的存在,能夠使得納米片在激光輻照下獲得足夠的溫度梯度,導(dǎo)致面內(nèi)熱應(yīng)力,從而在納米片表面產(chǎn)生夠強的彈性波,該彈性波把一部分動量傳遞給表面,使得納米片與波動量方向相反的方向平移。由此形成的光聲作用驅(qū)動機制,可以有效克服納米片與襯底之間的強范德華力和摩擦力,最終實現(xiàn)了二維金屬納米片在藍(lán)寶石襯底的水平表面上自由運動。

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飛秒光操控二維納米片示意圖 該工作提出了在固體水平面上工作的二維納米光驅(qū)動器模型,有效地擴(kuò)展了光學(xué)操控技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境,有望在光學(xué)、機械、納米技術(shù)等領(lǐng)域得到重要應(yīng)用。 相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略重點研究項目、科技部高端外國專家獎學(xué)金的資助。

審核編輯 :李倩

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原文標(biāo)題:上海光機所在光學(xué)操控二維納米片運動方面獲得進(jìn)展

文章出處:【微信號:光行天下,微信公眾號:光行天下】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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