固体界面上光致弹性波驱动微物体纳米运动
光学
2023-02-10 v1 应用物理
摘要
近来有报道指出，纳秒光脉冲诱发的弹性波可用于驱动摩擦固体界面上微物体的纳米运动，这对使用微小光力的传统技术而言是一项挑战性任务。在该技术中，涉及的主要物理量/参数为：光脉冲的时间宽度与能量、热加热与冷却时间、摩擦力及弹性波。尽管已有基于微光纤系统的少数实验观测，揭示这些量如何协同实现微物体运动并导出潜在操控原理的微观理论尚属空白。本文建立了一个围绕上述物理量展开、并以单摩擦点模型结合数值模拟阐明物理机制的综合理论分析。我们的结果揭示了该技术中的两个关键因素：（1）使用短光脉冲实现快速热膨胀以压倒摩擦阻力；（2）热加热与冷却的时间尺度不对称性以累积净滑动距离。此外，我们考察了超出单摩擦点考量的空间分布摩擦效应，并展示了驱动过程中“拔河”式的摩擦拉伸。基于这些认识，我们积极预测该基于弹性波的操控原理可直接迁移至光芯片上的微/纳米尺度光波导，并给出了一种实用设计。我们希望这些结果为当前利用光致弹性波在固体界面上进行光操控的努力提供理论指导。
引用
@article{arxiv.2302.04683,
title = {Nanomotion of micro-objects driven by light-induced elastic waves on solid interfaces},
author = {Wei Lyu and Weiwei Tang and Wei Yan and Min Qiu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2302.04683},
year = {2023}
}