_ Cercetătorii demonstrează locomoția indusă de lumină într-un mediu nelichid și raportează un nou tip de mișcare asemănătoare lichidului

Mișcarea este peste tot în sistemele vii și este necesară pentru funcțiile mecanice din sistemele artificiale, cum ar fi roboții și mașinile. Structurile mecanice funcționale care pot modifica volumul și forma ca răspuns la stimuli externi (cum ar fi lumina, căldura, electricitatea, umiditatea și chimia) au o gamă largă de perspective de aplicare în domeniul biomecanicii și al roboților bionici. Acestea au atras un imens interes de cercetare, în special la scară micro și nanometrică.

Multe propuneri pentru dispozitive de acționare se bazează pe lumină ca sursă de energie. Forța optică este folosită în mod obișnuit pentru a manipula microobiectele, datorită avantajelor sale unice de precizie, imediatitate și capacitatea de miniaturizare. Principiul fundamental implicat în manipularea optică este că fotonii poartă impuls care se poate transfera la obiecte în timpul proceselor de împrăștiere și absorbție și, în consecință, le permite mișcarea. Dar forța optică produsă de transferul de impuls este la nivelul piconewtonului, care este mult mai mic decât forța adezivă pe o interfață solidă, ceea ce face dificilă lucrul în medii nelichide.

Elastic indus de lumină. undele prezintă o soluție. Induse de creșterea temperaturii prin absorbția optică în microobiecte, ele transmit suficientă deplasare mecanică pentru a permite microobiectelor să se târască pe interfețe solide. Ideea a fost exemplificată cu succes cu microplăci de aur în sisteme bazate pe microfibre. Astfel de rezultate de pionierat încurajează noi perspective pentru micromotoarele acționate de lumină pe interfețe solide, dar rămân întrebări de explorat. De exemplu, principiul de acționare este aplicabil teoretic pentru orice microobiect care poate genera unde elastice prin absorbția luminii, dar nu a fost încă extins la alte materiale absorbante, elastice. De asemenea, problemele potențiale asociate cu efectele termice (cum ar fi deteriorarea termică și topirea) rămân de rezolvat.

Așa cum se raportează în Advanced Photonics Nexus, cercetătorii de la Institutul de Studii Avansate din Hangzhou, Universitatea Academiei Chineze de Științe , iar Universitatea Westlake a abordat aceste probleme restante studiind mișcarea plăcilor bidimensionale de telură de antimoniu izolatoare topologice pe microfibre cărora li se livrează impulsuri laser.

Telurura de antimoniu, Sb2Te3, este un material cuantic unic care găzduiește protejat topologic. stări de suprafață limită care duc la mai multe proprietăți electrice și optice fascinante, cum ar fi blocarea spin-moment a electronilor și excitațiile plasmonilor în bandă ultralargă. Cercetătorii au valorificat aceste proprietăți pentru a absorbi eficient lumina pentru a genera unde elastice. Deoarece Sb2Te3 are o conductivitate termică destul de scăzută (~1 W/m/K, aproape de sticlă și cu două ordine de mărime mai mică decât aurul), poate, de asemenea, atenua difuzia căldurii și poate intensifica efectele termice.

Experimental, echipa a implementat un sistem de acționare bazat pe microfibre într-o cameră de microscop electronic de scanare (SEM), unde acționarea indusă de lumină poate fi caracterizată cu precizie. Observațiile lor de succes ale mișcării spiralate continue a plăcilor Sb2Te3 completează rezultatele anterioare cu plăci de aur, contribuind noi dovezi pentru a susține principiul de acționare bazat pe unde elastice induse de lumină.

Echipa a investigat efectele termice asupra acționării lor. sistem prin creșterea intenționată a puterii laserului. Ei au observat un nou tip de mișcare asemănătoare unui lichid care prezintă caracteristici complet diferite de mișcarea spirală bazată pe unde elastice. Ei notează că acest fenomen este cauzat de formarea microbumurilor induse de efectul Marangoni, care este un efect termic comun. Deformarea asimetrică a stării de tip lichid indusă termic asigură forța motrice.

Multe aplicații unice pot fi imaginate imediat cu un actuator activat de lumină într-un mediu nelichid. De exemplu, modularea/comutația fotonică mobilă prin livrarea microobiectelor în pozițiile vizate pentru a controla fluxul de lumină poate fi realizată prin integrarea acestei tehnici într-o rețea de ghid de undă pe cip. În plus, microroboții multimodali care funcționează în sistem de vid pot fi realizați prin proiectarea atentă a luminii de conducere și a geometriei actuatorului.

(Fluierul)