中科院遺傳與發(fā)育所降雨強研究組與新加坡國立大學(xué)仇成偉團隊、電子科技大學(xué)楊元杰團隊、山西大學(xué)肖連團團隊、中央民族大學(xué)郭紅蓮團隊合作，提出了一種基于非線性效應(yīng)的光致旋轉(zhuǎn)新方法，使水中納米顆粒的軌道旋轉(zhuǎn)速度得到極大的提升。

光學(xué)微操控（光鑷）技術(shù)作為微納尺度下研究物體運動及其相互作用的一項關(guān)鍵技術(shù)，具有極其重要的應(yīng)用價值。因具有非接觸、無損傷、精度高等優(yōu)點，其在物理、化學(xué)、微機械、特別是在生物大分子互作等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，并于2018年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

光不僅具有能量，而且具有動量。光對物體的操縱依賴于光與物體之間的動量傳遞。當(dāng)光照射物體時，動量被轉(zhuǎn)移到物體上，從而在物體上產(chǎn)生光壓。在微觀尺度上，微粒和納米顆粒（如生物細胞和大分子）可以被光的力量操縱。原子可以通過光壓冷卻來實現(xiàn)原子鐘、玻色-愛因斯坦凝聚等。

線動量的傳遞可實現(xiàn)物體的捕獲與平動，而角動量的傳遞則可導(dǎo)致物體的旋轉(zhuǎn)。由于動量的轉(zhuǎn)換通常來源于光與物體之間的線性相互作用，這種軌道旋轉(zhuǎn)的速率很低（不超過1Hz），且形成的軌道半徑通常都在微米量級。

合作團隊克服了這些限制?；诜蔷€性光學(xué)效應(yīng)，研究人員獲得了亞衍射尺度下納米粒子的超快軌道旋轉(zhuǎn)速率。在線性相互作用條件下，他們使用圓偏振飛秒高斯光束捕獲金納米顆粒，通過光阱劈裂效應(yīng)形成環(huán)形勢阱，實現(xiàn)了超光學(xué)衍射極限的軌道旋轉(zhuǎn)（最小半徑可達71 納米）；并利用光與納米顆粒的非線性相互作用使得高斯光束匯聚導(dǎo)致的軌道旋轉(zhuǎn)速率提高了3個數(shù)量級以上（最快轉(zhuǎn)速大于1 KHz）。這個結(jié)果甚至比渦旋光束形成的軌道旋轉(zhuǎn)也要高出一個數(shù)量級（此前報道的最快光致軌道旋轉(zhuǎn)速度是87Hz）。

此外，通過激光功率、顆粒材料、物鏡數(shù)值孔徑等參數(shù)的調(diào)整，還可自由控制納米顆粒軌道旋轉(zhuǎn)的半徑和轉(zhuǎn)速，這將極大地拓展該成果的應(yīng)用范圍。該研究直接驗證了光束聚焦過程中的自旋-軌道角動量轉(zhuǎn)化（STOC），揭示了光致旋轉(zhuǎn)的一種新機制。該研究提出的新方法將在微納流體學(xué)、微納加工以及生物操控等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。