光碟機動奈米機器

輕輕一觸(字面意義上)即可讓微型裝置脫離電網

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太陽能非常適合將光能轉化為電能。但是直接利用光能呢?畢竟,光子——離散的光能包——本身會施加力,儘管規模很小。

在一項新的研究中,耶魯大學和華盛頓大學的一個研究小組報告說,他們也做了同樣的事情,而且規模也很小——透過讓光照射一個微小的機械物體,使其發生物理振動。

光碟機動機械可以成為奈米級元件的基礎,例如開關和路由器,所有這些元件都可以在脫離電網的情況下執行。耶魯大學工程與應用科學學院的助理教授,該研究的合著者之一洪唐(音譯)說:“我們可以使用光力來代替靜電力。” 他補充道:“你不需要施加電壓,只需要讓光透過它。” 這項研究今天發表在《自然》雜誌上

該小組的實驗裝置將雷射光限制在片上矽波導中。波導將光線透過一個狹窄的部分,該部分長10微米,厚度僅為110奈米,當光線透過時,它會略微共振。(一微米是百萬分之一米;一奈米是十億分之一米。)唐說:“它就像一個小橋,一個奈米機械諧振器。它是你能找到的最簡單的諧振器。”

其他利用光力的方法主要利用所謂的輻射壓力,即光子撞擊物體時發生的一種直接撞擊。但是唐的團隊能夠使用稱為光學梯度力的效應,使其諧振器在垂直於光路的橫向方向上移動。換句話說,光線透過諧振器的水平流動會使其上下振動。

這些振動非常微小,以至於唐和他的同事使用了第二束雷射來檢測運動。唐說:“當我們談論奈米機器時,我們不能認為這種奈米機器像你的手在移動或一些工具在移動,那是不對的。因為它們很小,所以運動也必須很小。”

唐稱此演示為原理驗證,並補充說他的團隊將尋求將振動頻率提高100倍以上。在這項研究中,橋樑的諧振頻率在10兆赫茲左右,即每秒數百萬次迴圈。唐希望能夠以更高的速度,即每秒數十億次迴圈,在吉赫茲範圍內獲得類似的振動裝置。

一些觀察家看到了這種光誘導運動的光明前景。“透過這項工作,光學捕獲‘成長了’,”萊斯大學電氣和計算機工程和化學教授內奧米·哈拉斯(Naomi Halas)說。“光學捕獲在原子物理學和生物物理學中實現了新的研究方法,這非常重要,但是透過這項工作,它被實現在矽晶片上,很明顯...它將在許多技術應用中被證明是一種有價值的方法。”

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