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太阳能非常适合将光能转化为电能。但是直接利用光能呢?毕竟,光子——离散的光能包——本身会施加力,尽管规模很小。
在一项新的研究中,耶鲁大学和华盛顿大学的一个研究小组报告说,他们也做了同样的事情,而且规模也很小——通过让光照射一个微小的机械物体,使其发生物理振动。
光驱动机械可以成为纳米级组件的基础,例如开关和路由器,所有这些组件都可以在脱离电网的情况下运行。耶鲁大学工程与应用科学学院的助理教授,该研究的合著者之一洪唐(音译)说:“我们可以使用光力来代替静电力。” 他补充道:“你不需要施加电压,只需要让光通过它。” 这项研究今天发表在《自然》杂志上。
该小组的实验装置将激光光限制在片上硅波导中。波导将光线通过一个狭窄的部分,该部分长10微米,厚度仅为110纳米,当光线通过时,它会略微共振。(一微米是百万分之一米;一纳米是十亿分之一米。)唐说:“它就像一个小桥,一个纳米机械谐振器。它是你能找到的最简单的谐振器。”
其他利用光力的方法主要利用所谓的辐射压力,即光子撞击物体时发生的一种直接撞击。但是唐的团队能够使用称为光学梯度力的效应,使其谐振器在垂直于光路的横向方向上移动。换句话说,光线通过谐振器的水平流动会使其上下振动。
这些振动非常微小,以至于唐和他的同事使用了第二束激光来检测运动。唐说:“当我们谈论纳米机器时,我们不能认为这种纳米机器像你的手在移动或一些工具在移动,那是不对的。因为它们很小,所以运动也必须很小。”
唐称此演示为原理验证,并补充说他的团队将寻求将振动频率提高100倍以上。在这项研究中,桥梁的谐振频率在10兆赫兹左右,即每秒数百万次循环。唐希望能够以更高的速度,即每秒数十亿次循环,在吉赫兹范围内获得类似的振动设备。
一些观察家看到了这种光诱导运动的光明前景。“通过这项工作,光学捕获‘成长了’,”莱斯大学电气和计算机工程和化学教授内奥米·哈拉斯(Naomi Halas)说。“光学捕获在原子物理学和生物物理学中实现了新的研究方法,这非常重要,但是通过这项工作,它被实现在硅芯片上,很明显...它将在许多技术应用中被证明是一种有价值的方法。”