UNE, Entraînement de la locomotion d'une plaque rectangulaire sur une surface de friction par excitations d'ondes élastiques par absorption optique pulsée. Tableau :relations entre états de mouvement de la plaque, puissance lumineuse effective absorbée (instantanée), force de friction et ondes élastiques. B, Structure de bande de modes de guide d'ondes élastiques dans une plaque d'or (largeur, w =4 µm; la taille, h =60 nm). Encarts :profils modaux des modes élastiques fondamentaux à fréquence statique (les flèches précisent les directions des oscillations élastiques). C, Déplacement glissant de la surface de contact de la plaque d'or (identique à B; panneau inférieur) dans la direction z entraîné par une impulsion optique nanoseconde (panneau supérieur) avec une résistance de glissement par friction Fslide =2,7 μN. RÉ, Déplacement de glissement stabilisé en fonction de la résistance au glissement, Glisser. E, Croquis du mouvement en spirale observé expérimentalement. F, Séquençage temporel d'images optiques d'une plaque d'or hexagonale se déplaçant en spirale autour d'une micro-fibre. La fibre a un diamètre de 2 µm et la longueur de côté et l'épaisseur de la plaque sont de 27,72 µm et 30 nm, respectivement. G, Cosinus de l'angle de rotation rot (panneaux supérieurs), déplacement en translation (panneaux inférieurs) en fonction du temps pour les plaques d'or à hexagone, circulaire, et des formes de base rectangulaires. Toutes les barres d'échelle représentent 15 um. Les impulsions laser super-continuum utilisées ont une puissance moyenne de 6,8 mW, Largeur temporelle de 3 ns et taux de répétition de 6,13–kHz. Crédits :Weiwei Tang, Wei Lv, Jinsheng Lu, Fengjiang Liu, Jiyong Wang, Wei Yan, et Min Qiu
Réaliser la manipulation optique de micro-objets dans des environnements non liquides est un défi en raison de la forte force de friction (~µN) qui rend la force optique (~pN) insignifiante. Vers cet objectif, des scientifiques de l'Université Westlake en Chine ont démontré les mouvements en spirale d'objets microscopiques sur des surfaces sèches, entraînés par des impulsions laser nanosecondes. Ils ont révélé le mécanisme sous-jacent lié aux interactions entre les ondes thermoélastiques et la force de frottement. Les résultats ouvrent la voie au développement futur d'actionneurs microscopiques dans des environnements non liquides.
La clé de l'actionnement réside dans l'exploitation des ondes thermoélastiques induites par l'absorption optique pulsée dans des micro-objets absorbants pour vaincre la force de frottement.
Dans ce document, Publié dans Lumière :science et applications , une théorie qui prend en compte les interactions microscopiques entre la force de frottement et les ondes élastiques excitées thermiquement est formulée, qui présente une équation prédictive de la puissance optique seuil requise pour surmonter la résistance au frottement. Les chercheurs ont découvert que l'absorption optique pulsée à la nanoseconde avec une puissance de crête à l'échelle du mW est suffisante pour maîtriser la force de friction à l'échelle du µN et permettre l'actionnement. Avec de nouvelles connaissances théoriques, ils ont démontré expérimentalement un mouvement en spirale bidimensionnel de plaques d'or sur des microfibres, entraîné par des impulsions laser nanosecondes. En outre, il a été découvert que la direction du mouvement est contrôlable en ajustant mécaniquement les positions relatives et les configurations de contact entre les plaques et les microfibres, et la vitesse de mouvement pourrait être réglée en changeant les taux de répétition des impulsions et la puissance des impulsions.
Concernant les applications potentielles, les auteurs ont expliqué que "le schéma d'actionnement proposé peut en principe trouver des applications pratiques dans divers domaines qui nécessitent de manipuler avec précision des micro-objets dans des environnements non liquides. Par exemple, l'intégration de notre technique avec un réseau couplé de guides d'ondes sur puce, on peut en principe réaliser une modulation optique en ajustant les positions d'une plaque d'or au-dessus du guide d'ondes pour contrôler la transmission du guide d'ondes via un couplage d'accord entre des guides d'ondes voisins. De plus, il peut également être utilisé pour transporter des particules diélectriques fixées à la surface d'une plaque d'or le long d'une micro-fibre/nano-fil, ce qui est essentiel dans les technologies de laboratoire sur puce, par exemple., pour les applications des sciences de la vie."
