采用納米結構的超表面（Metasurfaces）及其潛在的光學特性對于一些光學元件是具有吸引力的，包括經(jīng)典的光學透鏡、光波導元件等。

除了反射和折射特性，超表面還可以通過它們對光相位的操縱來改變與光束相關的線動量和角動量，但迄今為止對這種行為的研究較少。據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，查爾姆斯理工大學（Chalmers University of Technology）的一個科研項目已經(jīng)將這一特性投入應用，展示了超表面光操縱產(chǎn)生的力（光機械效應）如何為微型車輛提供動力。上述研究成果發(fā)表在Nature Nanotechnology期刊上，這項研究工作為創(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材料上形成的多晶硅超原子構成。這款微型車輛被設計成在水中工作，使用1064nm平面波照射驅動。

正如該項目發(fā)布的論文中所述，從被照射的超表面產(chǎn)生動力需要兩個條件。首先，超表面需要將光彎曲到特定的偏轉角度，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量，即通過表面特殊的納米結構產(chǎn)生定向反應力矩。查爾姆斯理工大學研究團隊開發(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”來有效引導微型車輛運動的方法。

根據(jù)查爾姆斯理工大學介紹，通過調整光的強度和偏振，研究人員能夠高精度地控制微型車輛的運動和速度。微型車輛可以工作于不同方向和復雜導航模式（例如八字形）。“微型車輛是穩(wěn)定的，導航也是高度可預測和可控的。”論文合著者Daniel Andrén評論道，“有了*的自動反饋系統(tǒng)，可對光源的強度和偏振進行更精密控制，就有可能實現(xiàn)更復雜的導航。”

查爾姆斯理工大學研究人員還使用這款微型車輛作為運輸工具，將微型顆粒推到實驗箱周圍。在試驗中，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輸，并且還推動了一個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超表面，該項目研究人員認為，利用上面介紹的光驅動原理，可以在微型車輛中產(chǎn)生各種各樣的運動和功能行為。這可能包括使用空間多路復用超表面來構建能夠根據(jù)照射光的波長來改變其功能行為的微型車輛，或者能夠充當分子傳感器的微型載體。

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