3.光能吹動物體
如果有人和你說,利用陽光能夠移動一個物體,你肯定認為這個人在說瘋話。雖然從前科學家也想過利用光照來使物體產生作用力,就像風能吹動帆一樣。但是,經過很多次的實驗證明,在現實世界中不可能達到這種效果。太陽光的作用力實在是太微乎其微。
然而,在納米的世界裏這個願望是能夠實現的。在美國耶魯大學從事研究的中國學者,發表了關於此方麵的文章,首次證實了在納米的世界裏,光通過它的微弱力量,可以驅動“機器”,這種機器就是由半導體做成的納米機械。
那麼,到底是什麼導致光能可以推動物體的移動呢?這項研究結合了兩個最前沿的科學,也就是納米光子學和納米力學。雖然在宏觀尺度上,光的力量是非常微弱的,沒有人能夠感覺到它的存在。但是從納米的尺度上來看,光具有相當可觀的力量,它足以用來驅動一些半導體機械裝置。例如,像集成電路上的三極管一樣大小的半導體機械裝置。在這之前光的力就已經被物理學家和生物學家應用於一種叫做“光鑷”的技術中,用來操控原子和微小的顆粒。但是那些並沒有引起人們的重視,直到目前把光集成在一塊小小的芯片上,使它的強度增加數百萬倍,用來操控納米半導體器件,它所具有的潛力才被人們發現。
後來,又有一些科學家,利用最先進的半導體製造技術,在矽芯片上鋪設出一條條光線路,又被稱之為“光導”。這種“光導”有什麼作用呢?原來,當激光器發出的光被接入到鋪有“光導”的芯片後,光就可以像電流在導線裏傳輸一樣,沿著鋪好的光導線路“流”動。科學家從理論預測,在這樣的結構中,光會對引導它的導線產生作用力。為了證實這個預測是否準確,他們把一小段隻有10微米長的光導懸空,讓它可以像吉他弦那樣產生振動。如果光確實能夠產生力並作用在它上麵,那麼當光的強度被調製到和光導的振動頻率一致時,它們就產生共振的現象。並且,這樣的共振還會在透射的光中產生同樣頻率的峰。後來,他們又通過大量實驗證明,這個作用力的大小和理論預期的高度一致。因為光的速度比電流要快得多,所以這種光產生的力預期可以以幾十吉赫茲(吉赫茲的英文縮寫為GHz,是表示頻率的一種單位)的速度驅動納米機械。
這一項研究成果可能會引領出新一代半導體芯片技術,也就是說能夠用光來取代電。如果在將來的科學領域裏能夠使用這種新技術的話,那麼,科學家和工程師們就能夠以光學和量子為基本原理,來進行更高速與高效地計算和通信了。這也將是科學上的一次重大突破!