由嵌入光学超表面驱动和操纵的微型超飞行器

       光学超表面最显著的特征之一是，尽管在厚度上是亚波长，但它们能够同时控制波的传播方向和偏振。这导致了光和物质之间的线性和角动量之间的交换，并且根据牛顿第三定律，超表面上存在光学力和力矩。纳米结构的介质超表面带来了前所未有的应用前景，通过在撞击波阵面上印迹任意的相位梯度来操纵光。这使得一系列经典光学元件(如透镜、波片和锥透镜)的平面模拟成为现实。然而，与相位操纵相关的线性和轨道角动量的变化也导致了作用于超表面本身的先前未被利用的力和力矩。

       近日，瑞典哥德堡查默斯理工大学物理系Daniel Andrén等人向我们展示了这些光机械效应可以用来构建光学超飞行器，微观粒子可以在低强度平行波照明下“游走”很长的距离，同时被入射光的偏振控制。实验过程中，研究人员展示了复杂模式的运动，自我校正运动和作为微型货物运输工具的应用，其中包括单细胞生物。总之，该研究证明了建造能够在平面波照明下自由传播并可以通过控制入射偏振来控制的超飞行器是可能的。多种可能的光学元表面为引入光驱动对象的新功能带来了机会。例如，Pancharatnam-Berry相梯度超表面可以用来通过手性极化来控制传播，由高数值孔径平面透镜构造的超空间飞行器可以起到微型激光镊子的作用，而空间多路复用或颜色变换的飞行器可以用来制造能够根据照明波长改变其功能的超空间飞行器。相关研究工作发表在《Nature nanotechnology》上。（丁雷） 

       文章链接：Daniel Andrén，et al, Microscopic metavehicles powered and steered by embedded optical metasurfaces.Nature nanotechnology(2021).https://doi.org/10.1038/s41565-021-00941-0.