Het realiseren van optische manipulatie van micro-objecten in niet-vloeibare omgevingen is een uitdaging vanwege de sterke wrijvingskracht (~µN) die optische kracht (~pN) onbeduidend maakt. Op weg naar dit doel, wetenschappers van de Westlake University in China demonstreerden spiraalvormige bewegingen van microscopisch kleine objecten op droge oppervlakken, aangedreven door laserpulsen van nanoseconden. Ze onthulden het onderliggende mechanisme met betrekking tot interacties tussen thermo-elastische golven en wrijvingskracht. De resultaten maken de weg vrij voor toekomstige ontwikkeling van microscopische actuatoren in niet-vloeibare omgevingen.

De sleutel van de bediening ligt in het benutten van thermo-elastische golven die worden geïnduceerd door gepulseerde optische absorptie in absorberende micro-objecten om wrijvingskracht te overwinnen.

In deze krant, gepubliceerd in Licht:wetenschap en toepassingen , er wordt een theorie geformuleerd die rekening houdt met microscopische interacties tussen wrijvingskracht en thermisch geëxciteerde elastische golven, die een voorspellende vergelijking bevat voor het optische drempelvermogen dat nodig is om wrijvingsweerstand te overwinnen. De onderzoekers ontdekten dat nanoseconde gepulste optische absorptie met mW-schaal piekvermogen voldoende is om de wrijvingskracht op de µN-schaal te temmen en activering mogelijk te maken. Met nieuwe theoretische inzichten, ze demonstreerden experimenteel tweedimensionale spiraalbeweging van gouden platen op microvezels zoals aangedreven door laserpulsen van nanoseconden. In aanvulling, er werd ontdekt dat de bewegingsrichting controleerbaar is door mechanische aanpassing van relatieve posities en contactconfiguraties tussen platen en microvezels, en de bewegingssnelheid kan worden afgestemd door de pulsherhalingsfrequentie en het pulsvermogen te wijzigen.

Wat de mogelijke toepassingen betreft, de auteurs legden uit dat "het voorgestelde bedieningsschema in principe praktische toepassingen kan vinden op verschillende gebieden die vereisen dat micro-objecten nauwkeurig worden gemanipuleerd in niet-vloeibare omgevingen. Bijvoorbeeld, onze techniek integreren met een on-chip waveguide gekoppeld netwerk, men kan in principe optische modulatie bereiken door de posities van een gouden plaat bovenop de golfgeleider aan te passen om de golfgeleidertransmissie te regelen via afstemmingskoppeling tussen nabijgelegen golfgeleiders. Bovendien, het kan ook worden gebruikt voor het transporteren van diëlektrische deeltjes die aan het oppervlak van een gouden plaat zijn bevestigd langs een microvezel/nanodraad, wat essentieel is in lab-on-a-chip-technologieën, bijv. voor life-science toepassingen."