同濟大學:光橫向動量與光橫向力綜述
日前,同濟大學物理科學與工程學院王占山教授、程鑫彬教授和施宇智教授團隊在光學國際期刊《光學和光子學的進展》(Advances in Optics and Photonics)在線發(fā)表題為“Advances in light transverse momenta and optical lateral forces”的特邀綜述。該論文首次系統地對光橫向動量和橫向力進行了總結,按物理機制區(qū)分了不同種類的光橫向動量,并對光橫向力的產生機制進行了詳細闡述,如圖1所示。 ![]() 圖1.光橫向動量與橫向力不同機制示意圖 動量是光基本性質之一,包含線性動量和角動量,光與物體之間的動量交換會誘導光力,其最著名的應用便是獲得2018年諾貝爾物理學獎的光鑷技術。橫向動量是一種垂直于光傳播方向的動量,由垂直于波矢的角動量和線性動量組成,光與物體之間的橫向動量轉移是產生橫向光力的主要原因。 在綜述中,該團隊首先介紹了光動量和光力的理論基礎,然后分別介紹了光橫向動量和橫向光力的重要發(fā)展歷程,如圖2所示。從物理機制上看,光橫向動量由橫向角動量和橫向線性動量組成,橫向角動量包括橫向自旋角動量和光子skyrmion和meron等,橫向線性動量轉移包括定向側向散射、自旋-軌道相互耦合、表面等離極化激元等。 ![]() 圖2.光橫向動量和橫向光力的發(fā)展歷程 橫向自旋角動量和Belinfante自旋動量是引起橫向光力的兩種機制,近年來受到廣泛關注。同時,其他機制,如手性結構、虛坡印廷動量、自旋-軌道耦合等引起的光橫向力也有著特殊物理和應用,如分離手性分子等。其他產生橫向(光)力的物理效應如熱泳效應、氣泡誘導力和拓撲光等。 該團隊在最后展望了光學橫向動量和橫向力在生物學中的未來應用,如外泌體的雙向分選、在線狀光場中拉伸和折疊DNA分子、超構機器人運輸、手性顆粒分選和螺旋二色性傳感等。 香港理工大學劉愛群講席教授、同濟大學王占山教授、新加坡國立大學仇成偉院長講席教授、同濟大學程鑫彬教授為論文通訊作者。同濟大學施宇智教授、中國科學院西安光學精密機械研究所徐孝浩副研究員、西班牙馬德里材料研究所Manuel Nieto-Vesperinas教授為論文的共同第一作者。其他對論文具有突出貢獻的作者還包括清華大學深圳國際研究生院宋清華助理教授、意大利卡拉布里亞大學Gabriella Cipparrone教授、清華大學深圳國際研究生院博士生蘇增平、中國科學院西安光學精密機械研究所姚保利研究員。 |