研究人员展示了非液体环境中的光诱导运动并报告了一种新型的类液体运动

运动在生命系统中无处不在，并且对于机器人和机器等人工系统中的机械功能是必不可少的。能够响应外部刺激(如光、热、电、湿度和化学)而改变体积和形状的功能性机械结构在生物力学和仿生机器人领域具有广泛的应用前景。它们引起了巨大的研究兴趣，尤其是在微观和纳米尺度上。

许多致动器提案都依赖光作为能源。光学力由于其精确性、即时性和小型化能力的独特优势，通常用于操纵微物体。光学操纵的基本原理是光子携带的动量可以在散射和吸收过程中转移到物体上，从而使它们能够运动。但动量传递产生的光学力为皮牛顿级别，远小于固体界面上的粘附力，难以在非液体环境下工作。

光致弹性波提供了一种解决方案。通过微物体的光吸收引起温度升高，它们传递足够的机械位移，使微物体能够在固体界面上爬行。这个想法已经成功地用基于微纤维的系统中的金微孔板举例说明。这种开创性的结果鼓励了固体界面上光驱动微电机的新视角，但仍有一些问题有待探索。例如，驱动原理理论上适用于任何可以通过吸收光来产生弹性波的微型物体，但尚未扩展到其他吸收性弹性材料。此外，与热效应(例如热损坏和熔化)相关的潜在问题仍有待解决。

据AdvancedPhotonicsNexus报道报道，杭州高等研究院、中国科学院大学和西湖大学的研究人员通过研究二维拓扑绝缘体碲化锑板在激光脉冲作用下的微纤维上的运动来解决这些突出问题。发表。

碲化锑Sb2Te3是一种独特的量子材料，具有受拓扑保护的边界表面状态，可导致多种迷人的电学和光学特性，例如电子的自旋动量锁定和超宽带等离子体激元激发。研究人员利用这些特性有效地吸收光以产生弹性波。由于Sb2Te3具有相当低的导热系数(~1W/m/K，接近玻璃，比金小两个数量级)，它还可以减轻热扩散并增强热效应。

在实验上，该团队在扫描电子显微镜(SEM)室中实施了基于微纤维的驱动系统，可以在其中精确表征光致驱动。他们对Sb2Te3板的连续螺旋运动的成功观察补充了之前金板的结果，为支持基于光致弹性波的驱动原理提供了新的证据。

该团队通过有意增加激光功率来研究其系统中驱动的热效应。他们观察到一种新型的类液体运动，它显示出与基于弹性波的螺旋运动完全不同的特征。他们指出，这种现象是由马兰戈尼效应引起的微凸块的形成引起的，这是一种常见的热效应。热诱导的液态状态的不对称变形提供了驱动力。

在非液体环境中使用光致动器可以立即设想许多独特的应用。例如，通过将该技术集成到片上波导网络中，可以实现通过将微对象传送到目标位置来控制光流来实现移动光子调制/切换。此外，通过精心设计驱动灯和致动器的几何形状，可以实现在真空系统中运行的多模式微型机器人。