光驱动光效纳米发动机

2010年7月4日加州大学伯克利分校的五名物理学家(Ming Liu, Thomas Zentgraf, Yongmin Liu, Guy Bartal,Xiang Zhang)在《自然》杂志纳米科技分册上发表题为《光驱动电浆子马达》( Light-driven nanoscale plasmonic motors)论文.在论文中该小组称，这种用光直接驱动的马达可以带动比它大400倍的圆盘.这项技术还可以用于驱动如DNA分子之类的超小型物体.如封面主图所示，这个纳米马达的形状像个风车，有4个旋翼，可以用光驱动它顺时针或逆时针旋转，该小组给它起了个名字叫“光车”(light mill).

很早以前科学家们就知道，光可以 用来驱动纳米尺度的物体.光子同时具有线动量和角动量，线动量作用于物体会产生光压，利用它可以造出捕捉原子的激光镊子和激光致冷装置；光子具有的角动量则在光子被物体吸收或散射时产生机械扭力.获得较大的光机械扭力在纳米机械传感器领域和单个生物分子监控领域是相当有价值的.但是非常不幸由于这些纳米机械中广泛使用的绝缘材料的光学常量太小，光-物相作用非常微弱，使这种机械扭力远远不能满足需要.

近年来研究人员发现可以通过金属表面电子的集体振荡来增强光-物相互作用，这种在光作用下的金属表面电子的集体振荡被称做“表面电浆子”( surface plasmons)效应，光场会被这种共鸣增强从而提高光-物相互作用的效率.“surface plasmons”这个词，国内有多种译法，赵凯华先生将之译为“表面浆子”，还有译作“表面等离激元”，本文采用的是台湾学术界的译法.表面电浆子的研究已有百年历史, 在20世纪初，就已经在金属……