中国科学技术大学与新加坡国立大学的科研团队携手，在光学微操控领域取得了重大突破。他们成功研发出一种创新的光学工具——单光束“三维光学扳手”，这一成果为微观粒子的三维旋转操控提供了新的可能性。
据了解，这一新型的光学扳手利用了单个聚焦的激光光束，能够向微粒（例如细胞）施加三维可控的光力矩。这种技术不仅扩展了光镊技术的操控范围，还实现了对微观粒子动态可控的三维旋转，为科研人员在细胞研究、光学传感和微机器人等领域带来了全新的工具。
光镊技术，也被称为“单光束梯度力阱”，是由美国科学家阿瑟·阿什金在1986年发明的。这种技术利用光的动量传递，可以对单个分子、病毒、细胞等微观物体进行抓取和操纵。然而，传统的光镊技术在施加旋转扭矩方面存在局限性，通常只能沿着光轴方向进行。
为了解决这一限制，研究团队深入探索了聚焦光场的三维自旋角动量调控方法，并建立了入射光场局部偏振螺旋度与聚焦光场自旋角动量之间的定量方程。基于这些理论成果，他们提出了一个创新的技术方案，通过单个调制光束实现时变三维光扭矩。
这种调制的激光光束能够向微粒施加任意方向的旋转扭矩，使微粒能够沿着指定的三维转轴在不同时间进行连续旋转运动。这一技术被称为“三维光学扳手”，因为它不仅实现了对微粒的全自由度操控，还将光镊技术的三维平移操控功能拓展到了三维平移与转动的同时操控。
实验证明，这一新型的三维光学扳手已经成功应用于活体细胞的三维旋转操控。这一突破性的技术成果不仅展示了激光对微粒操控的灵活性，还为细胞三维层析、光学传感和微机器人等领域带来了新的应用前景。
这一研究成果已于近日在国际学术期刊《自然·通讯》上发表。该论文详细阐述了三维光学扳手的研发过程、实验验证和应用前景，为光学微操控领域的研究提供了新的思路和方向。
