一個具有奈米圖案的物體能始終保持在光束中(圖:Courtesy of the Atwater laboratory)

加州理工學院(Caltech)的研究人員最近發表一項研究。該研究藉由在物體表面形成特定的奈米圖案,設計出只使用光而讓物體懸浮與推進的方法。未來或能用於太空船動力來源。

光鑷

數十年前,光鑷(optical tweezer)的發明,使科學家能夠利用高度聚焦雷射光束的力量,來移動及操縱奈米粒子般的微小物體。

然而,光鑷只能在極短的距離內操縱極小的物體。該研究的第一作者歐格涅·伊里奇博士(Ognjen Ilic)做了一個比喻:「我們可以利用來自吹風機的穩定氣流來懸浮一顆乒乓球,但若乒乓球過大,或是離吹風機太遠,就不會起作用。」

以光遠距操控

根據這項新研究,不同形狀及不同大小,包括從幾微米到幾公尺大的物體,都可以用光線來操控。關鍵在於在物體的表面形成特定的奈米圖案。這種圖案會與光反應,形成一個回復力矩(restoring torque),使得物體在受干擾時仍能保持在光束中。因此不需要高度聚焦的雷射光束,而是利用物體表面的圖案來增加其穩定性。光源甚至可以在數百萬公里之外。

太空船的動力來源

加州理工學院哈里·阿特華特教授(Harry Atwater)表示:「我們想出了一個可以使大型物體懸浮的方法。此科技能應用於一個有趣又大膽的想法上:新一代太空船的動力來源。雖然我們離實際應用還很遠,但我們正在進行測試的階段。」

根據理論,這艘太空船的表面會有奈米結構,並從地球發射雷射光束來加速。由於這艘太空船只需要依靠光就能產生動力及加速,不需要攜帶燃料,因此能夠達到非常高速,甚至是相對論速度,可以在 20 年內抵達太陽系以外的其他恆星。阿特華特教授也預想該科技能在地球上使用,例如快速製造更小的物體,例如電路板。

 

參考資料:

  1. California Institute of Technology, (2019, Mar 19). Levitating objects with light. EurekAlert
  2. Illc, O. et al., (2019, Mar 18). Self-stabilizing photonic levitation and propulsion of nanostructured macroscopic objects. Nature Photonics volume13, pages 289–295.
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