中国科学技术大学工程科学学院微纳米工程实验室在利用调制叠加涡旋光场加工三维分叉微柱结构研究领域取得重要进展。他们通过设计微柱结构的排列形成自组装微柱图案，并用于高效捕获微球组成微透镜阵列。近日，该研究成果以“Multifurcate Assembly of Slanted Micropillars Fabricated by Superposition of Optical Vortices and Application in High-Efficiency Trapping Microparticles”为题并作为封面里发表在国际著名期刊Advanced Functional Materials [27, 1701939 (2017); DOI: 10.1002/adfm.201701939]上。

毛细力诱导细丝自组装在自然界中很常见，如海藻或头发离开水面会吸附在一起。通过微纳加工技术研究大高径比微纳结构自组装成设计的图案，对于分析自组装机制具有重要意义。不同于常见光束的平面状等相位面，涡旋光(Optical vortex)的等相位波前是螺旋的，并具有“炸油圈”形的光强分布。叠加相反拓扑荷的涡旋光得到偶数个沿圆弧分布的焦点。研究团队基于这一特殊光场单次曝光加工出分叉倾斜微柱结构，并通过控制其空间排布自组装形成设计的分层结构阵列。课题组应用自组装后的结构阵列高效(>90%)捕获粒子形成蜂窝状图案，并用于微透镜成像实验。

微纳米工程实验室长期从事全息光场调制结合超快激光微纳加工方面的研究，在激光直写加工微柱用于研究毛细力诱导自组装工作的基础上[PNAS112, 6876-6881 (2015); ACS nano 9, 12060-12069 (2015)等]，提出一种新型分叉斜柱单次曝光加工策略。该项工作结合三维光场调制和毛细力自组装实现了在各向同性聚合物中快速加工微柱阵列，并具有高效捕获粒子，可作为微透镜阵列用于成像。

论文第一作者是工程科学学院博士生倪劲成，胡衍雷副教授（青促会会员）、李家文副教授和吴东教授为论文的通讯作者。这项工作得到了国家自然科学基金、中国科学院科研装备研制项目和中国博士后科学基金等项目的资助。