具有全轨道运动控制的光驱动 Janus 微型引擎

微型引擎在纳米技术、微流控和纳米医学的多种应用中展现出前景，包括靶向给药、微尺度泵送和环境修复。然而，实现对其动力学的精确控制仍是一项重大挑战。在本研究中，我们介绍了一种利用光学和热效应以实现高度可控性的微型引擎。我们发现，在强聚焦光束存在下，金-二氧化硅 Janus 颗粒被限制在光学力与热力平衡的驻点处。通过使用圆偏振光，我们可将角动量传递给颗粒，打破两力之间的对称性，并产生驱动定向轨道运动的有切向力。我们可通过改变入射光束的椭圆率同时控制颗粒的旋转速度和方向，同时通过激光功率调节轨道半径。我们的实验结果使用一种考虑光学力、光功率吸收及颗粒随之加热的几何光学唯象模型得到验证。所展示的微型引擎控制灵活性的增强，为其用于涵盖微尺度传输、传感和驱动的广泛应用开辟了新可能。