科学家研制出单光束“三维光学扳手”

  仇成伟展开协作，研制出一种新式光学微控制东西单光束“三维光学扳手”。这种光学扳手能使用单个集合的激光光束对微粒（如细胞）施加三维可控的光力矩，以此来完成微观粒子动态可控的三维旋转控制，极大拓宽了光镊技能的控制功用。1月11日，相关研讨成果在线发表于《天然-通讯》。

  光镊，又被称为“单光束梯度力阱”，是美国科学家阿瑟阿什金于1986年创造的一种激光东西。科学家使用它可以抓取和操作单个分子、病毒、细胞等微观世界的物体。光镊由此成为人类研讨微观世界的重要控制东西，阿什金因此取得2018年诺贝尔物理学奖。

  光镊本质上是使用光的动量传递对微粒施加光力完成三维控制的。光既具有动量也能带着角动量，在与微粒相互作用韶光的角动量传递可以产生光扭矩，从而驱动微粒旋转运动。比方，带着自旋角动量的集合激光光束不仅仅可以施加光力捕获微粒，还会对物体施加旋转的扭矩，就像一个扳手在扳动物体相同，因此被形象地称为一种“光学扳手”。这种光学扳手极大地拓宽了光镊的控制功用，使其不仅能平移并且能旋转微粒。但现在光学扳手的旋转控制仍局限于一维固定轴，没办法完成微粒的三维旋转控制。

  为处理该问题，研讨团队深入研讨集合光场三维自旋角动量的定量调控办法及其光扭矩效应，理论推导集合光场自旋角动量与入射光场部分偏振螺旋度的定量方程，并提出了经过单个调制光束完成时变三维光扭矩的技能计划。这种调制的激光光束可以施加恣意方向的旋转扭矩，从而控制微粒在不一起刻沿着指定三维转轴做接连旋转运动，被称为“三维光学扳手”。

  该技能完成了激光对微粒的全自由度控制，将光镊对微粒的三维平移控制拓宽到三维平移与滚动一起控制。团队还使用该技能完成了单个活体细胞的三维旋转控制。

  研讨人员介绍，光镊新的控制功用有望在细胞三维层析、光学传感、微机器人等范畴激起新的使用。（来历：我国科学报 王敏）