近日，埃克塞特大学的研究团队发表了一项创新研究，宣布他们成功研发出一种新方法，利用光来捕捉微小颗粒。这种新方法，建立在2018年诺贝尔奖获奖技术光镊的基础上，可以实现对微观粒子的精确控制。该工作以“Photon-efficient optical tweezers via wavefront shaping”为题，发表在《Science Advances》上。
传统的光镊是1980年代开发出来的一种技术，利用高度聚焦的激光束来吸引和捕捉某些微米级的颗粒或生物体，类似于用镊子抓取东西。然而，在光镊中，粒子并未完全固定，而是会受到周围分子热运动的影响，类似于在湖面上被风和浪摇晃的小船，虽然被锚固定住，但仍然在一定范围内晃动。一般来说，束缚体积越小，光学陷阱的实用性就越高。
为了使光镊发挥作用，激光光束必须聚焦在一个非常小的区域，这个区域可能比被捕获的粒子小很多。如果粒子较大，大部分光会集中在其中心，而光在其表面与粒子相互作用更强。换句话说，较大的粒子不能充分利用可用的光，从而降低了束缚水平。
图1：物理概念示意图。
研究团队提出，若光不是集中在粒子中心，而是将其包围，这样可以更强地束缚粒子，就像给粒子一个紧紧的拥抱。然而，确定出能产生最强束缚力的光形状并非易事，因为不同的粒子需要不同的光形状来达到最佳效果。
为了实现这一目标，研究团队开发和完善了各种数学和数值方法，以及严格的实验技术。该研究还得到了格拉斯哥大学和维也纳工业大学研究人员的合作支持。
这种新型光镊技术有望在生物医学、材料科学等领域发挥重要作用，为未来的科学研究和应用开辟新的道路。通过这一技术，科学家们可以更精确地控制微小粒子，从而开展更深入的实验研究和应用开发。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi7792
