利用光線擷取物件聽起來像科幻小說的情節，然而以雷射光鑷(optical tweezers)補捉粒子已是廣泛使用的技術。聽起來更科幻的牽引束(tractor beam)則是使用光波或聲波將物體拉近，此概念近幾年被物理學家證明理論上可行，並有許多實驗室試圖實現此牽引光束。最近，捷克和英國科學家們提出一種利用兩道雷射光束來牽引粒子的簡單方法，此方法甚至能用來區分不同大小的微粒。
光子攜有動量，轉移的動能會將粒子推離，理論上似乎排除了牽引光束的可能性。2006年，美國華盛頓州立大學的Philip Marston等人發現，以波前形成同心圓的貝索(Bessel)光束照射粒子可牽引粒子向前。這是因為粒子散射光子所獲得的反衝動量(recoil momentum)大於入射光子碰撞轉移之動量，粒子獲得的淨力會使得粒子向光源移動。不過，要產生在相當距離外具牽引力的貝索光束需耗費許多能量，因此牽引光束一直停留在理論研究。
最近，捷克科學研究院(Academy of Sciences)的Pavel Zemanek團隊與英國聖安祖(St Andrews)大學的研究人員找到簡單的方法。他們利用透鏡將兩道雷射光束聚至一焦點，這是一般顯微鏡系統即可做到的。他們發現藉由將雷射光向內聚焦，能產生如同貝索光束的效果。Zemanek表示，此光學配置也能得到貝索光束的光場，除了能擴大牽引光束的存在範圍，同時還能控制光的偏振。他們的實驗已能拉動30μm的微粒，能量更高的雷射將可拉動更大顆粒子。
除了牽引功能之外，研究人員發現此光束能用來區分粒子。粒子受推力或拉力取決於粒子大小以及光的偏振方向。例如，對於某一特定大小粒子，s偏振光(電場振盪垂直入射面)會拉近粒子，p偏振光(電場平行入射面)則會推離。此現象使研究人員得以設計方法，藉由控制光的偏振方向來分離兩種不同大小的混合微粒。他們同時觀察到受光微粒會聚集並自排列成不同結構，即「光學束縛」(optical binding)現象。
該技術的應用範圍除了透過偏振來控制自排列圖案以及分類不同大小微粒之外，亦可望使用於實驗室晶片(lab-on-a-chip)系統上。詳見Nature Photonics｜doi:10.1038/nphoton.2012.332。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:丁逸勳(台灣海洋大學材料工程研究所)
責任編輯:蔡雅芝