“博士研究生期内我关键专注于开发新式光镊技术性，以改进目前光镊技术性（有关专家学者曾获 2018 年诺贝尔物理学奖）的不够。我自己的主要成果有：产品研发超低温光镊技术性以完成微创电子光学操控；创造发明固相电子光学操控技术性，将光镊技术性从液体自然环境扩展到固态页面等。”近日，已经美国加州大学伯克利大学机械工程系做博前的李金刚表明。
图 | 李金刚（由来：李金刚）
其 2017 年大学毕业于中国科学技术大学少年班，2021 年博士毕业于国外德克萨斯大学奥斯汀分校，师从于郑跃兵专家教授[5]。进行博后以后，他考虑到回国内高校工作中。
并且所研制的超低温光镊技术性和固相电子光学操控技术性，适合于生物研究，例如体细胞和分子伴侣的微创操控、及其对外部自然环境的回应，也适合于电子光学与材料科学里的微结构构造的制取、和研究微结构原材料中间的相互影响。
与此同时，还是望用以检测环境空气，制取纳米电脑光驱无人飞机、以用以小型侦查和精确测量。除此之外，纳米电子光学模块可将光能转化为机械动能，进而给未来的纳米元器件引入新活力。
产品研发超低温光镊技术性，处理光镊对纳米颗粒和微生物化学物质的不确定性危害
光镊的创造发明，为材料学、分子生物学和医学工程的前提和应用研究，带来了颠覆性机遇。但是，在运用光镊的与此同时，也会让可控物件（如纳米颗粒、体细胞和生物分子等）导致潜在性的光损害和热受损。
主要是因为，传统式光镊是由相对高度对焦激光造成的力，来获取和操控μm或纳米级的物件。对焦前的激光器光线，在聚焦点即光线核心存有十分弱的光场梯度方向，产生的光场梯度方向力可将颗粒物捕捉至光线的核心。
因为光镊取决于相对高度对焦光线，且光场梯度方向力和被捕捉颗粒物的容积正相关，因而必须很强的激光器抗压强度来达到对微结构颗粒物的捕捉，而且颗粒物越小，需要的光照强度越多。
当可控颗粒被光镊捕捉时，高韧性激光器不但会让物件导致光伤害，与此同时因为绝大多数物件会消化吸收一部分激光器动能、并根据光热发电转换造成温度升高，因此一般会伴随着比较严重的热损害。
根据此，李金刚所属精英团队产品研发出一种新式光镊，并把其命名为超低温光镊。其利用电子光学制冷和热泳状况，在激光器造成的冷地区捕捉颗粒和分子结构。
（由来：Science Advances）
据介绍，超低温光镊技术是根据很多研究基础里的自主创新。如前所述，根据高韧性激光器的传统式光镊，会让可控物件产生光伤害和热受损，一个同时的解决思路是减少所必须的激光器抗压强度。
因而，学术界产品研发了根据表面等离激元、及其光学或光热发电藕合的新式光镊技术性。这种技术性能把需要激光器抗压强度减少 2-3 个量级，但是仍然无法避免针对可控物件的热损害。
那时候，李金刚已经郑跃兵专家教授工作组读博士。根据以上环境，该精英团队利用热泳状况，实现了在低抗压强度激光器下对颗粒的光热发电操控。
为了能与此同时防止根据激光器加温产生的热损害，李金刚和所属精英团队用激光器制冷取代激光器加温来造成一个温度梯度，实现了新式超低温热泳光镊。理论依据是利用 Yb 夹杂的衬底完成局域网激光器制冷，产生一个以激光器核心为较低温度的温度梯度。
在这一温度梯度中，纳米颗粒和生物分子因为热泳功效，会由持续高温往超低温健身运动，进而被捕捉至超低温的激光束核心。这类环境温度内场的运动是一种普适性状况，适合于捕捉众多微结构物件。
因为热泳光镊不用相对高度对焦光线，因而可减小光损害；与此同时，激光器制冷能够防止热损害，因此超低温光镊可对纳米颗粒和微生物物件，完成微创捕捉和操控。
她们在文章里写到：“这些别出心裁的微创光镊技术性，将为纳米原材料和生物分子的电子光学操纵产生一个新的概率，并把用以纳米技术性、光子学和生物科学等关键方面。”
有关毕业论文以《超低温光镊》（Opto-refrigerative tweezers）问题，发布在Science Advances上，李金刚为第一作者，郑跃兵出任通讯作者 [1]。
创造发明固相电子光学操控技术性，扩展光镊技术性的应用场景
据了解，传统式光镊技术性一般也只能用以液体或真空中。在液体的表面，物件与表面存有很弱的范德瓦斯波尔滑动摩擦力，比光力高于好多个量级，所以没办法达到在固态表面的电子光学操控。
为处理这一考验，李金刚及合作方引进“光受欢迎”（optothermal gate）的定义，来管控物件与衬底的页面相互影响，并产品研发新式光受欢迎控光力操控技术性（OPN，optothermally-gated photon nudging），来达到对物质在固态表面的电子光学操控。
有关毕业论文以《在固态表面的光受欢迎控光力操控技术性》（Optical nanomanipulation on solid substrates via optothermally-gated photon nudging）问题，发布在Nature Communications上 [2]。
（由来：Nature Communications）
据介绍，将胶体粒子搭建为功能的纳米构造、资料和元器件，是一个很有市场前景、却又极具创造性的方位。伴随着光镊技术发展，研究人员能从溶液中捕捉、控制、拼装胶体粒子，并把其制取成所需用的构造。
但是，这种在液态环境中利用光学技术操控和拼装胶体粒子，一般会遭遇孔状相互作用力和布朗运动的干扰，与此同时，一旦将胶体粒子根据范德华耳斯力固定不动在衬底，要想完成微结构构造的可重构拼装非常困难。
因此，李金刚所属精英团队开发设计出以上固相“光受欢迎”控光力操控技术性（即 OPN），可以从固态衬底上、其实就是无液态自然环境里，对各种各样胶体粒子开展精准操控和拼装。
（由来：Nature Communications）
具体来说，“光受欢迎”是一层具备光热发电相对应的固态塑料薄膜，坐落于总体目标物件和固态衬底中间。其在常温状态展现固态，但在光热发电功效下能因相变为为标准液态，这时候就可以极大的减少总体目标物件、与固态衬底间的滑动摩擦，从而完成利用电子光学力去操控物件。
另据了解，OPN 技术性利用电子光学透射力来控制固态衬底里的胶体粒子，故适合于不一样原材料例如银和金等金属材料、二氧化钛等金属氧化物、及其硅等。
其颗粒物规格可在 40 纳米到几微米。因为并没有液态的危害，因此在操控纳米颗粒时不容易遭受扩散现象的危害，进而能完成纳米级的操控精密度，位置误差低于 20 纳米。
与此同时，因为是同时在固态表面对颗粒物开展操控，所以能轻松完成对纳米颗粒和纳米构造的可重构拼装。根据融合原点光谱仪器，这类固相电子光学操控技术性，将于纳米生产制造、纳米光子学、纳米电力电子技术和胶体溶液科学合理中获得各种各样运用。
（由来：Nature Communications）
在固态表面完成电子光学可重构微结构拼装和光致纳米模块
在利用 OPN 技术性对纳米颗粒开展精准操控的前提下，李金刚和所属精英团队又利用该技术性，将一个硅纳米颗粒和一根硅纳米线，拼装成可重构手性分子超材料。
具体来说，根据把硅纳米颗粒挪动到硅纳米线旁，可获得以上手性分子超材料。随后，根据操纵硅纳米颗粒与硅纳米线的相对位置，就可以精准管控原材料的手性方位和电源开关。比如，该团体将硅颗粒物从硅纳米线的一端挪动到另一端，取得成功实现了在该构造中的手性反转。
（由来：Nano Letters）
这种可重构的手性超材料，在纳米电子光学行业具有关键运用，例如适合于调圆偏振光源、微生物分子检测、及其电子光学测算与通信等。
这一研究工作，后被梳理成毕业论文发到Nano Letters上，名为《全固电极化可重构手性分子电子光学纳米构造》（Tunable Chiral Optics in All-Solid-Phase Reconfigurable Dielectric Nanostructures）[3]。
除开利用激光器在固态表面促进纳米颗粒外，他还利用激光去转动纳米颗粒，即纳米电机。该纳米电机可将光子能量转换为化学能，并还可以做为无然料电子光学纳米模块为纳米元器件磷酸原。
电机即汽车发动机，能把不一样方式的能量转化为机械动能作功，对人们社会的发展具备广阔的实际意义。近些年，微结构电机的科学研究大大的推动了药品传送和微智能机器人在生物医学工程和纳米技术性里的运用。
但是，因为微纳米电机在液态环境中的强扩散现象，电机向纳米限度的进一步小型化依然具备趣味性。特别是在要在 100 nm 下列的规格，液态环境中任意扩散现象过强，促使精准操纵纳米电机的健身运动非常困难。
根据此，李金刚等参考早期 OPN 技术性的工作经验，取得成功防止扩散现象，并研发了在固态表面运作的光热发电孔状纳米电机（OTNM，optothermocapillary nanomotors）。
有关毕业论文题目《固态表面里的光热发电孔状纳米电机》（Opto-Thermocapillary Nanomotors on Solid Substrates），发表于ACS Nano[4]。
（由来：ACS Nano）
从总体上，他根据操纵纳米颗粒与衬底的相互作用力，及其电子光学力和不一样金颗粒物样子引起的热孔状相互作用力的藕合，实现了 80nm 金纳米颗粒在固态衬底上紧紧围绕激光的平稳路轨转动，并不会受到扩散现象危害。
据统计，该片上纳米电机可完成太阳能到机械动能的转换，进而还可以做为电脑光驱模块，为纳米级的作用机器设备提供动力。
下一步，李金刚[6]会再次扩展以上新式电子光学操控技术性的特性与运用，包含研究对别的纳米原材料、例如纳米线的适用范围；他还将拼装纳米构造，去研究纳米原材料中间的相互影响，与此同时改善纳米电机、及其提升其动能高效率；并致力将新式电子光学操控技术性、用以生物科学和材料学等方面的探究。
适用：张智
