研究人员创造了一种可以拉动宏观物体的光学牵引光束

研究人员已经开发出一种使用激光拉动宏观物体的方法。尽管之前已经演示过微观光学牵引光束，但这是激光牵引首次用于较大物体的案例之一。

光包含能量和动量，可用于各种类型的光学操作，例如悬浮和旋转。例如，光镊是一种常用的科学仪器，它使用激光来夹持和操纵原子或细胞等微小物体。在过去的十年里，科学家们一直在研究一种新型的光学操作：使用激光来产生可以拉动物体的光学牵引光束。

“在以前的研究中，光拉力太小，无法拉动宏观物体，”来自中国青岛科技大学的研究小组成员王磊说。“通过我们的新方法，光拉力的振幅要大得多。事实上，它比用于驱动太阳帆的光压力大三个数量级以上，太阳帆利用光子的动量施加小的推动力力量。”

在OpticsExpress期刊中，Wang及其同事证明，他们设计的宏观石墨烯-SiO2复合物可用于在稀薄气体环境中进行激光拉拔。这种环境的压力远低于大气压。

“我们的技术提供了一种非接触和远距离牵引的方法，这可能对各种科学实验有用，”王说。“我们用来演示这项技术的稀薄气体环境与在火星上发现的类似。因此，它可能有朝一日在火星上操纵车辆或飞机的潜力。”

创造足够的力量

在新的工作中，研究人员设计了一种专门用于激光拉拔的特殊石墨烯-SiO2复合结构。当用激光照射时，该结构会产生相反的温差，这意味着远离激光的一侧会变得更热。

当由石墨烯-SiO2复合结构制成的物体被激光束照射时，其背面的气体分子接收到更多的能量并将物体推向光源。将此与稀薄气体环境的低气压相结合，使研究人员能够获得足以移动宏观物体的激光拉力。

研究人员使用由其石墨烯-SiO2复合结构制成的扭转摆装置，以肉眼可见的方式展示了激光牵引现象。然后他们使用传统的重力摆来定量测量激光拉力。两种装置都长约五厘米。

可重复、可调的牵引

“我们发现拉力比光压大三个数量级以上，”王说。“此外，激光拉力是可重复的，可以通过改变激光功率来调整力。”

研究人员警告说，这项工作只是概念证明，该技术的许多方面都需要改进才能实用。例如，需要一个系统的理论模型来准确预测给定参数(包括物体的几何形状、激光能量和周围介质)的激光拉力。研究人员还想改进激光牵引策略，使其可以在更大范围的气压下工作。

“我们的工作表明，当仔细控制光、物体和介质之间的相互作用时，对宏观物体进行灵活的光操纵是可行的，”Wang说。“它还显示了激光与物质相互作用的复杂性，以及许多现象在宏观和微观尺度上都远未被理解。”