近日，中科院上海光機所光芯片集成研發中心研究團隊提出了一種“二維光驅動納米機器”模型，利用飛秒脈沖激光實現二維金屬納米片在二維固體表面定向操控，該工作解決了在非流體環境中實現光學操控微粒的難題，相關研究成果以“Photoacoustic 2D actuator via femtosecond pulsed laser action on van der Waals interfaces”為題發表于《自然·通信》（Nature Communications）。

光攜帶力來操縱粒子的想法可以追溯到開普勒和牛頓，后來被麥克斯韋證實。自阿瑟·阿什金等前輩的開創性工作以來，利用光束操控微型物體的研究在納米科學與技術的相關領域占據舉足輕重的位置。然而，光學操控技術主要在真空、空氣和液體環境中工作，用以減少環境阻力。在非流體環境（如強范德華界面）中實現光學操控微型物體仍然是一個很大的挑戰。

研究團隊利用傳統的機械剝離法在藍寶石襯底上制備了二維金屬納米片，利用光學顯微鏡將飛秒脈沖激光垂直輻射在納米片上：當脈沖激光照射時，二維納米片開始運動，并在均勻光照區域內持續運動，通過激光的移動來改變輻照區域，從而使二維納米片實現定向運動。由于襯底的存在，納米片的運動被控制在二維水平表面。通過對不同的二維納米片進行對比性實驗，研究發現，具有高的線性吸收系數和熱膨脹系數的金屬型材料（例如VSe2和TiSe2）才能在該光學操控系統中具有明顯的運動行為，目前運動效率可達到434 ms-1mW-1。

研究團隊通過數值模擬分析，揭示了二維納米片與襯底的界面中非對稱型空氣間隙的存在，能夠使得納米片在激光輻照下獲得足夠的溫度梯度，導致面內熱應力，從而在納米片表面產生夠強的彈性波，該彈性波把一部分動量傳遞給表面，使得納米片與波動量方向相反的方向平移。由此形成的光聲作用驅動機制，可以有效克服納米片與襯底之間的強范德華力和摩擦力，最終實現了二維金屬納米片在藍寶石襯底的水平表面上自由運動。

飛秒光操控二維納米片示意圖 該工作提出了在固體水平面上工作的二維納米光驅動器模型，有效地擴展了光學操控技術的應用環境，有望在光學、機械、納米技術等領域得到重要應用。 相關研究得到了國家自然科學基金、中科院戰略重點研究項目、科技部高端外國專家獎學金的資助。

審核編輯 ：李倩