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【48812】横向光力矩概念被提出!研讨建立新的光力矩理论?

来源:米乐米6 发布时间:2024-08-05 18:35:47 会和英国伦敦国王学院,在光子力学光力矩理论研讨方面获得开展,预言了光梯度力矩和光旋度力矩的存在,

  会和英国伦敦国王学院,在光子力学光力矩理论研讨方面获得开展,预言了光梯度力矩和光旋度力矩的存在,并提出了横向光力矩的概念。相关研讨成果于7月24日宣布在《天然-通讯》上。

  光力矩(optical torque, OT)是光子力学/光学微操作范畴的根本概念,它和光力(optical force, OF)一起构成光驱动微观粒子动力学运动的两个根本要素,别离操控细小物体的自转(绕本身质心的旋转)和平动(质心运动)。由光力矩驱动的微纳机械转子是开展多物理场传感和精细丈量等技能的重要东西,也是研讨生物动力学、查验根底物理学理论(如真空冲突和卡西米尔效应等)的要害技能手段。

  人类对光力矩的认知可追溯至20世纪初物理学家波印廷(J. H. Poynting)的预言——圆偏振光可带着角动量并对物体施加力矩效果,该预言随后被闻名的Beth试验验证。现在人们把这种圆偏振光的动力学特点称为自旋角动量(SAM)。长时间以来人们共同以为效果于各向同性非手性粒子的光力矩只能由光场的自旋角动量产生。与之构成鲜明对比的是光力的品种多样性,包含光动量诱导的辐射压力、场强梯度产生的梯度力、自旋旋度导致的旋度力、虚动量力等。这些丰厚的光力产生机制赋予了其灵敏可调控性,并催生出负向光力(NOF)、横向光力(LOF)等极具物理内在和使用远景的新概念。

  针对光力矩产生机制是否能打破光自旋角动量约束的问题,研讨团队根据笛卡尔多极子展开法,建立了新的光力矩理论,给出了光力矩与入射光场物理量的相关及其分类结构。成果提醒了两类新的光力矩重量——光梯度力矩Tgrad和光旋度力矩Tcurl,它们别离经过光场的虚螺旋度梯度和动量旋度产生。因为这两类力矩在正常的情况下均和光自旋角动量线性无关,因而可效果于与自旋角动量正交的方向。在此根底上,团队提出了横向光力矩(LOT)的概念,并展现了在LOT效果下使物体朝垂直于光自旋角动量的方向继续旋转可能性。

  另一方面,该研讨进一步提醒了光学轨迹角动量(OAM)驱动微粒旋转的根底原理,发现OAM与旋度力矩产生耦合,从而影响微粒自转(即便微粒被捕获在违背光轴的方位),终究凭借拓扑荷增强的动量旋度,可完成与入射SAM和OAM方向均相反的光学负力矩(NOT)。该成果不仅为光学负力矩的来历供给了新机理,一起也批改了人们长时间秉持的传统观念,即光学轨迹角动量仅与离轴微粒的轨迹旋转有关。

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