2300年前技术启发设计新型激光束捕获粒子

激光捕获是以控制不同大小和形状的粒子的运动和位置为目的的研究工作，该研究领域目前是非常活跃的研究领域。以精确和可控的方式移动小颗粒的能力对基础科学和应用科学来说都很重要。例如，控制单原子运动的能力可以用来实现量子计算，这项研究也有助于生物样品和污染物的研究。 -x{&an=  
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现在，特拉维夫大学的科学家们利用了一项2300年历史的水驱技术，开发了一种新型的激光束，用来捕获和移动特定方向的粒子。 l#$TYJi  
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“我们创造了一束看起来像阿基米德‘螺杆’的光束，”特拉维夫大学电气工程学院物理光学实验室的Bahabad博士说。“我们的光束不是像普通的激光束那样在直线上运动，而是由两条螺旋线组成，类似于DNA的形状，我们可以用这个光束来移动非常小的粒子。光束的旋转决定了其尺寸在几十纳米至约10微米之间的颗粒的方向。” r8,om^N6  
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该项研究发表在《光学》杂志上，由Bahabad博士的学生Hadad、Froim和Eliezer与特拉维夫大学化学学院的Roichman博士以及她的学生Bagar和Admon共同作为论文作者。 o,*=$/or  
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从水到光 :v)6gz(p  
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生活在公元前三世纪的希腊科学家阿基米德被誉为发明了第一个有效的水泵的人：一个宽阔的螺杆，绕着一个被圆柱体或管子包围的轴弯曲。 *gDl~qNRoS  
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视频播放地址：https://3c1703fe8d.site.internapcdn.net/newman/gfx/video/2018/5b2a7bc802e1b.mp4 7&foEJ3q  
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视频中是光学阿基米德的螺丝钉作用。图像中心的两个颗粒被光学螺钉捕获，并通过交替地旋转螺杆而在下游和上游交替输送 '%&z.{  
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“激光捕获的一个主要挑战是如何通过一个光源将粒子移动到目标位置，”Bahabad博士说。“这是一个问题，因为粒子往往会随着光的流动而移动，或者说被推到‘下游’。我们的目标是通过产生一个被困粒子的上游运动来产生一个‘牵引光束’。我们只是参照了一个古老的想法。” = ^s$ <  
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“阿基米德曾演示了机械螺丝的旋转，在重力的作用下，使水沿着螺杆的轴线位移。我们设计了一个优雅的机械臂梁，基于这个简单的想法，”Bahabad博士说。“在我们的情况下，捕获粒子的运动取决于光束的旋转。如果你以单向旋转，粒子将被推到下游。用另一种方式旋转，它们将被拉到上游。” i
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驻波 P#;Th8k{K2  
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Bahabad博士和他的团队组合了不同的光束以产生一种称为驻波的干涉图案。这种干涉图案的特征是交替亮和暗区域。由于激光束的热沉积效应，光束中的粒子被粒子附近的空气运动所俘获。 ~b6GrY"vB  
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Bahabad博士说：“当粒子处于光束的明亮区域时，它会变热，被空气分子推向较暗的区域。当我们旋转光束时，黑暗区域移动并携带被捕获的粒子。这就是自动售货机的工作原理。” !}t-j3bCs  
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“我们相信我们的发现可以在生物学、材料科学、光谱学或任何需要监测不同材料或生物样品的领域中得到应用。” Mq'IkSt'  
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原文链接：https://phys.org/news/2018-06-archimedes-particle-trapping-laser.html（实验帮译）