采用納米結(jié)構(gòu)的超表面（Metasurfaces）及其潛在的光學(xué)特性對(duì)于一些光學(xué)元件是具有吸引力的，包括經(jīng)典的光學(xué)透鏡、光波導(dǎo)元件等。

除了反射和折射特性，超表面還可以通過它們對(duì)光相位的操縱來改變與光束相關(guān)的線動(dòng)量和角動(dòng)量，但迄今為止對(duì)這種行為的研究較少。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，查爾姆斯理工大學(xué)（Chalmers University of Technology）的一個(gè)科研項(xiàng)目已經(jīng)將這一特性投入應(yīng)用，展示了超表面光操縱產(chǎn)生的力（光機(jī)械效應(yīng)）如何為微型車輛提供動(dòng)力。上述研究成果發(fā)表在Nature Nanotechnology期刊上，這項(xiàng)研究工作為創(chuàng)造具有特殊功能行為的各種微型載體指明了一條道路。

該研究項(xiàng)目制造的微型車輛尺寸為10μm x 12μm x 1μm，其核心部分是一種高折射率超表面。該超表面是由在低折射率二氧化硅基質(zhì)材料上形成的多晶硅超原子構(gòu)成。這款微型車輛被設(shè)計(jì)成在水中工作，使用1064nm平面波照射驅(qū)動(dòng)。

正如該項(xiàng)目發(fā)布的論文中所述，從被照射的超表面產(chǎn)生動(dòng)力需要兩個(gè)條件。首先，超表面需要將光彎曲到特定的偏轉(zhuǎn)角度，從而在特定方向上產(chǎn)生反作用力。其次，超表面還必須改變光的角動(dòng)量，即通過表面特殊的納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)生定向反應(yīng)力矩。查爾姆斯理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種通過控制照射在超表面上的“光的偏振”而不是“光的方向”來有效引導(dǎo)微型車輛運(yùn)動(dòng)的方法。

根據(jù)查爾姆斯理工大學(xué)介紹，通過調(diào)整光的強(qiáng)度和偏振，研究人員能夠高精度地控制微型車輛的運(yùn)動(dòng)和速度。微型車輛可以工作于不同方向和復(fù)雜導(dǎo)航模式（例如八字形）。“微型車輛是穩(wěn)定的，導(dǎo)航也是高度可預(yù)測(cè)和可控的。”論文合著者Daniel Andrén評(píng)論道，“有了*的自動(dòng)反饋系統(tǒng)，可對(duì)光源的強(qiáng)度和偏振進(jìn)行更精密控制，就有可能實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的導(dǎo)航。”

查爾姆斯理工大學(xué)研究人員還使用這款微型車輛作為運(yùn)輸工具，將微型顆粒推到實(shí)驗(yàn)箱周圍。在試驗(yàn)中，包括微小的聚苯乙烯珠和酵母顆粒在內(nèi)的物體通過這種方式在水中成功運(yùn)輸，并且還推動(dòng)了一個(gè)15倍于微型車輛本身大小的灰塵顆粒。

由于現(xiàn)在可以制造出大量不同的光學(xué)超表面，該項(xiàng)目研究人員認(rèn)為，利用上面介紹的光驅(qū)動(dòng)原理，可以在微型車輛中產(chǎn)生各種各樣的運(yùn)動(dòng)和功能行為。這可能包括使用空間多路復(fù)用超表面來構(gòu)建能夠根據(jù)照射光的波長(zhǎng)來改變其功能行為的微型車輛，或者能夠充當(dāng)分子傳感器的微型載體。

查爾姆斯理工大學(xué)Mikael Kall指出：“在基于光機(jī)械效應(yīng)的力的探索中，有許多有趣的現(xiàn)象尚未*被合理解釋，因此推動(dòng)此類研究是對(duì)未知領(lǐng)域的探索。我們展示了采用超表面的微型車輛如何被用作運(yùn)輸工具，這是前景的潛在應(yīng)用，例如在細(xì)胞溶液中移動(dòng)微粒。”