空基声学停靠系统中力的直接测量

声学停靠经常用于非接触地操作物体并研究微重力对物理和生物过程的影响。虽然由声压产生的力场（primary acoustic force）可将粒子抬起以抵抗重力，但在同一声学腔体中存在的多个停靠物之间会通过散射声产生的力进行相互作用（secondary acoustic forces）。当前用于获取这些力场的实验技术不适用于高空间分辨率绘制 primary force field，无法直接测量 secondary scattering force。本文引入一种可原位测量两种声学力的方法，包括极限近场范围内的 secondary forces，适用于任意形状、紧密间距的物体。该方法类似于原子力显微镜，在声学腔体中插入 suitably 制造的探头 tip 置于一根长而柔软的单枕上，通过光学检测其挠度。这使得可实现小于 50 nN 的分辨率测量力，并可受控地施加应力或应变以操纵停靠物。我们通过从停靠腔体中提取声学势能，直接测量两个物体之间的声学散射力，并对一团由声学束缚粒子组成的停靠颗粒施加拉伸，以获取其变形的应力-位移曲线。