纳米吹制物体

在纳米世界里，光也可以“吹”物体。当光照射到一个物体上时，也会对它施加一个力，就像风吹动船帆一样。从儒勒·凡尔纳到阿瑟·C·克拉克，科幻作家们不止一次幻想过利用阳光的力量推动“太阳帆”，驱动飞船在星际空间中航行。然而，在地球上，阳光的力量是如此之小，以至于没有人能用阳光移动一个物体。然而，在6月27日的《自然》杂志上，165438+在美国耶鲁大学从事研究的中国学者发表文章，首次证实了在纳米世界中，光确实可以驱动“机器”——由半导体制成的纳米机械。这项研究结合了纳米科学的两个前沿领域，即纳米光子学和纳米力学。“在宏观尺度上，光的力量是如此微弱，没有人能感觉到。但是在纳米尺度上，我们发现光有相当大的力，足以驱动集成电路上三极管那么大的半导体机械器件。”领导这项研究的耶鲁大学电子工程教授唐宏兴这样介绍。事实上，物理学家和生物学家已经在一项名为“光镊”的技术中使用了光的力量来操纵原子和微小粒子。“我们的研究是将光集成在一个小芯片上，并将其强度提高数百万倍，从而操纵纳米半导体器件。”本文第一作者、博士后研究员李默进一步解释。在耶鲁大学的实验室里，两位科学家与来自北京大学的研究生熊驰及其合作者一起，利用最先进的半导体制造技术，在一个硅片上铺设了一条光线，这就是所谓的“光导”。当激光器发出的光连接到这样的芯片上时，光就可以像导体中的电流一样，沿着铺好的光学导体线“流动”。理论上，人们预测在这样的结构中，光会对引导它的导线施加一个力。为了证实这一预测，他们悬挂了一小片只有10微米长的光导，以便它可以像吉他弦一样振动。如果光确实产生力并作用于其上，那么当光的强度调制到与光导振动一致的频率时，就会产生* *振动。这样的* * *振动会在透射光中产生相同频率的峰值。这是三位中国科学家经过半年多的实验和计算，终于在他们的测量仪器上看到的令人信服的现象。之后，他们通过大量实验证明，这个力的大小与理论预期非常一致。因为光速比电流的速度快得多，所以这种光产生的力有望以几十千兆赫(GHz)的速度驱动纳米机械。这一研究成果有望催生新一代半导体芯片技术——以光代电。未来，利用这项新技术，科学家和工程师可以实现基于光学和量子原理的高速高效的计算和通信。