Generally applicable holographic torque measurement for optically trapped particles
本文提出了一种测量任意形状粒子在光阱中所受光矩的方法，该方法是由粒子引起的光的角动量变化来推断的。所有扭矩分量可以从由高NA聚光器的后焦平面中的相机记录的单个干涉图案来确定，所述相机收集所有前向散射光。我们推导出明确的表达式映射在这个平面上的扭矩分量的测量复杂的字段。所需的相位检索的迭代算法，使用已知的光阱的位置作为约束。与单个粒子有关的扭矩是可访问的，以及总扭矩的单独自旋或轨道部分。
2022-02-22 physics.optics
Optical force and torque on small particles induced by polarization singularities
近场光学力在小粒子和分子的片上光学操纵中有着重要的应用。在这里，我们报告的光学力和扭矩的小颗粒引起的光学偏振奇异性的黄金柱的研究。我们证明了圆柱体的散射产生了电磁C线（即，极化奇异线），并且C线可以在电介质/磁性粒子上感应复杂的力和扭矩。力和扭矩表现出显着的空间变化与有趣的对称性，提供丰富的自由度的近场光学操纵。该研究首次揭示了光学偏振奇异性对光在小颗粒上产生的力和力矩的影响。这些结果有助于理解手性光-物质相互作用，并可在片上光学操纵和光学传感中找到应用。
2022-03-08 physics.optics
Optical Torque from Enhanced Scattering by Multipolar Plasmonic Resonance
本文从理论上研究了圆偏振平面波与不同旋转对称性的薄金属纳米颗粒之间的光学角动量转移。虽然吸收已被视为在纳米尺度上的扭矩产生的主要机制，我们数值演示了如何从散射的贡献可以通过使用多极等离子体共振增强。非圆形粒子中的多极模式可以转换散射场携带的角动量，从而产生散射主导的光学扭矩，而圆形对称粒子则不能。我们的结果表明，共振散射引起的光矩可以贡献80%的总的光矩在金粒子。这种分散主导的扭矩产生是极其模式特定的，并且值得与吸收主导的机制区分开来。我们的研究结果可能在纳米尺度上的光学操纵以及等离子体和超材料的新设计中有应用。
2014-05-01 physics.optics
Optomechanical measurement of photon spin angular momentum and optical torque in integrated photonic devices
光子携带线动量，并且在圆偏振或椭圆偏振时旋转角动量。在光与物质相互作用过程中，线动量的传递导致光动力，而角动量的传递则导致光力矩。包括辐射压力和梯度力在内的光学力长期以来被用于光镊和激光冷却。在纳米光子器件中，光学力可以显著增强，从而在经典和量子机制中产生前所未有的光学机械效应。相反，到目前为止，光的角动量和光矩效应在集成光子学中仍未被探索。在这里，我们演示了在双折射波导中传播的光子的自旋角动量的测量和使用的光转矩致动的光学机械设备的旋转运动。我们表明，的符号和大小的光扭矩是由光子偏振态，在芯片上合成。我们的研究揭示了光子偏振自由度的力学效应，并证明了它在集成光子器件中的控制。利用光矩和与光子角动量的光机械相互作用可以导致扭转腔光力学和光机械光子自旋轨道耦合，以及诸如光机械陀螺仪和扭转磁力测量的应用。
2016-03-29 physics.optics
Optical force and torque on a spinning dielectric sphere
该研究通过完全波模拟发现旋转的各向同性无损耗介电球在平面波照射下会产生横向光力与光力矩，利用多极展开揭示了旋转引起的有效双各向异性及 Sagnac 频率分裂效应，为运动介质中的非常规光学操控提供了新理解。
2025-03-06 physics.optics
Optical intensity-gradient torque due to chiral multipole interplay
本研究揭示了光与手性粒子相互作用中存在的新型光强梯度扭矩，阐明其源于手性诱导多极子的相互作用且方向随粒子手性反转，提出用对传类平面波干涉的驻波场检测该扭矩，为物质旋转操控提供了新途径。
2024-09-18 physics.optics
Observation of radiation torque shot noise on an optically levitated nanodumbbell
根据量子理论，测量和反作用是密不可分的。在光学位置测量中，这种反作用被称为辐射压力散粒噪声。类似地，机械转子的定向的测量必须通过辐射扭矩散粒噪声来干扰其角动量。在这项工作中，我们观察到的散粒噪声扭矩波动所产生的光学悬浮nanodumbbell的角取向的测量。我们反馈冷却哑铃的旋转运动，并调查其再加热行为时，从反馈释放。在高真空中，由于辐射扭矩散粒噪声引起的加热速率在系统中的热和技术加热速率上占主导地位。
2021-01-14 physics.optics
Fundamental Limits of Optical Force and Torque
光学力和力矩对小颗粒的空间运动提供了前所未有的控制。一个有效的科学问题，具有许多实际意义，涉及存在的基本上限的可实现的力和扭矩施加的平面波照明与给定的强度。在这里，在研究各向同性粒子，我们表明，不同的光-物质相互作用通道有助于施加的力和扭矩，并解析推导出每个贡献的上限。提供了实现这些上限的颗粒的具体示例。我们研究如何以及在何种程度上不同的贡献可以加起来，导致最大的光学力和扭矩。我们的见解对于从分子分选、粒子操纵、纳米机器人到激光推进宇宙飞船等雄心勃勃的项目的应用都很重要。
2017-01-18 physics.optics
Universal parity and duality asymmetries-based optical force/torque framework
本研究基于笛卡尔多极展开理论，建立了适用于任意尺寸手性球形粒子的光学力/力矩通用框架，按宇称和对偶性对称分类12个力/力矩源物理量，明确对称性破缺条件，为光学操控设计提供指导。
2024-10-05 physics.optics
Optical measurement of torque exerted on an elongated object by a non-circular laser beam
我们提出了一种通过测量透射光束的轨道角动量来测量激光束作用于相位物体的光学力矩的方案。该实验是对光镊中一种情况的宏观模拟，因为轨道角动量已被广泛用于向微观物体施加扭矩。设计用于产生LG 02模式的全息图和CCD相机用于检测光束的轨道分量。实验结果与理论数值计算一致，轨道分量的强度表明其在微操作光镊中的实用性。
2004-08-26 physics.optics
Negative Optical Torque
麦克斯韦指出，光携带角动量，因此它可以对物质物体施加扭矩。这一点后来在1936年由贝丝证明。这些光机械效应的应用最初由于其幅度小而受到限制，但后来由于激光的发明而得以实现。已经证明了用于捕获用于粒子旋转的光的新颖和实用的方法，其中如果入射角动量在同一轴上具有正投影，则该结构沿着某个轴21受到正光学扭矩。我们在这里报告了一个反直觉的负光矩现象，这意味着携带角动量的入射光子以相反的方向旋转物体。令人惊讶的是，这可以在简单的平面结构中非常直接地实现。场延迟是必要条件。探索并解释了最佳条件。
2014-02-04 physics.optics
A general no-go theorem for loss-free optical torque, and its enantiomer-differential escape route
Queen’s University（女王大学）；University of Victoria（维多利亚大学）
该研究证明无损耗各向同性偶极粒子无法在任何环境中获得轴向光扭矩，但形状各向异性（如手性椭球）可产生对映体差异巨大的扭矩，实现手性分离。
2026-09-25 physics.optics
Non-intuitive Computational Optimization of Illumination Patterns for Maximum Optical Force and Torque
本文的目的是最大限度地提高光学力和扭矩的任意微米和纳米尺度的物体使用数值优化的结构照明。通过开发一个计算机自动设计三维矢量场照明的数值框架，我们证明了在模型等离子体粒子上的圆偏振平面波的每强度的光学扭矩的20倍增强。非凸优化有效地进行了一个紧凑的圆柱贝塞尔基表示与快速边界元法和一个标准的导数自由，局部优化算法相结合。我们分析了2000个随机初始配置的优化结果，讨论了鲁棒性和增强之间的权衡，并比较了多极等离子体共振对增强力和扭矩的不同影响。所有结果都是使用在线提供的开源计算软件获得的。
2017-01-26 physics.optics
Negative optical spin torque wrench of a nondiffracting non-paraxial fractional Bessel vortex beam
吸收瑞利介质球在无衍射非傍轴分数贝塞尔涡旋光束中受到自旋力矩的作用。在偶极近似下利用电场的辐射修正计算了轴向和横向辐射自旋力矩分量。特别强调的是，以及改变拓扑电荷和光束的半锥角的偏振。当光束阶数为零时，轴向自旋力矩分量消失。然而，当光束阶数变成一个实数正数时，涡旋光束会产生左手（负）轴向自旋力矩，因为球体从光束中心偏离轴向移动。结果表明，无衍射非傍轴分数贝塞尔涡旋光束能够诱导任意放置的瑞利吸收球发生自旋反转，在粒子操纵、光镊旋转、光学牵引光束、光学工程超材料设计等方面具有潜在的应用前景.
2016-05-30 physics.optics
Optical application and measurement of torque on microparticles of isotropic nonabsorbing material
我们展示了如何能够可控地旋转或对齐微观粒子的各向同性非吸收材料在TEM 00高斯光束陷阱，同时测量所施加的扭矩，使用纯光学手段。这是一种简单而通用的旋转方法，只需要粒子沿一个方向伸长。因此，该方法可用于旋转或排列各种自然存在的颗粒。测量所施加的扭矩的能力使得能够使用这种方法作为定量工具-基于力测量的光镊的旋转等效物。除了对生物样品的旋转具有特殊价值外，这种方法也适用于光学驱动微机械的发展。
2003-09-30 physics.optics
Multipolar Pseudochirality Induced Optical Torque
本文利用多极理论和非局域相互作用，揭示了非手性纳米颗粒在线偏振光照射下产生光学扭矩的机制，指出其源于多极赝手性响应，并强调颗粒不对称性的关键作用，为高性能纳米转子设计提供理论依据。
2023-05-26 physics.optics
Direct Evidence of Torque-mediated Optical Magnetism
我们报告的实验证据的机制，支持和加强诱导磁化在光学频率没有干预的自旋-轨道或自旋-自旋相互作用。在一系列非磁性分子液体中以中等强度（108 W/cm 2）和短时间尺度（<150 fs）记录的散射光的能量分辨光谱揭示了在分子水平上由光的电场和磁场分量联合驱动的扭矩动力学的特征。虽然过去的实验已经记录了这种类型的磁电相互作用的辐射磁化，但迄今为止还没有证据表明，由于洛伦兹力与光学磁矩的结合作用，交叉偏振光散射光谱中预期的非弹性振动特征。在这里，扭矩被证明占非弹性组件的磁散射谱的条件下，产生没有这样的功能，在电偶极子散射，在极好的协议与量子理论的预测
2019-05-02 physics.optics
Optical forces and torques exerted on coupled silica nanospheres: unexpected effects due to the multiple scattering
光耦合纳米粒子在光照射下会受到多种电磁力的作用。一般来说，通常假设两种力：使它们相互吸引/排斥的约束力和推动系统向前的散射力。切向力和轨道扭矩也可以被诱导以使二聚体与电场对准。在这项工作中，新的自由度被发现的二氧化硅纳米球的二聚体的照明下与线性偏振平面波。结果对任意的中尺度系统具有普遍的有效性：光的多次光的散射引起意外的扭矩和不平衡力。这些力矩包括自旋对整个系统运动的贡献。这些结果得到了以前工作的支持，并为纳米器件和纳米旋转器的工程设计铺平了道路。任何基于中尺度光子学的应用都应该考虑到这里预测的新运动。
2018-08-14 physics.optics
Optical torque controlled by elliptical polarization
我们从理论上和实验上证明，高吸收粒子可以被捕获和操纵在一个单一的高度聚焦的高斯光束。我们研究了偏振光对这种粒子的影响，结果表明，椭圆偏振光可以使这种粒子旋转，而且旋转的方向和速度都可以平滑地控制。
2003-10-01 physics.optics
Optical Force and Torque on Dipolar Dual Chiral Particles
一方面，电磁对偶粒子在相互作用时保持光的螺旋性。另一方面，手征粒子对相反螺旋度的光有不同的反应。这两个属性本身就构成了魅力的源泉。然而，它们的联合作用却很少被探讨。在这里，我们研究的力和扭矩，以及双手征粒子的光学截面在偶极近似的解析理由施加一个特定的波的定义明确的螺旋：一个圆偏振平面波。我们把重点放在粒子，拥有最大的电磁手征，因此双重响应。除了分析的见解，我们还研究了施加在一个真正的粒子上的光学力和扭矩的金属螺旋线的例子，旨在接近最大的电磁手征性条件。考虑到在此贡献中研究的颗粒，可以预见在光学分选的上下文中的各种应用，但也nanorobotics。
2017-01-18 physics.optics
Plasmon Coupling Induced Photon Scattering Torque
具有生物相容性的金纳米粒子在生物传感、医学诊断、癌症治疗等生物医学研究中显示出巨大的优势。生物分子甚至可以用激光镊子操纵，光学捕获的Au纳米粒子作为手柄。在这封信中，光学散射扭矩所产生的耦合金纳米粒子的圆偏振光驱动的理论。耦合的等离子体共振模式通过光散射增强了从光子到Au纳米颗粒二聚体和三聚体的角动量转移，这不会带来任何光加热副作用。在纳米结构上产生的光学扭矩高度依赖于结构中的等离子体激元耦合。从散射光子到纳米结构的角动量转移效率可以达到200%左右。结果表明，耦合等离子体纳米颗粒低聚物是有前途的候选人，以构建可应用于生物医学应用的光驱动旋转纳米马达。
2021-11-17 physics.optics
Optical measurement of microscopic torques
近年来，在微观水平上测量力的兴趣有了爆炸性的发展，例如在活细胞内，以及在这个尺度上使用光学捕获的粒子作为探针的流体和悬浮液的性质。下一步将是测量扭矩和相关的旋转运动。这将允许在非常小的尺度上进行测量，因为不需要平移运动。它还可以提供将静止的非旋转粒子保持在适当位置的力的绝对测量。作用在光学捕获的微观双折射颗粒上的激光诱导扭矩可用于这些测量。在这里，我们提出了一种新的方法，简单，鲁棒，准确，同时测量的激光捕获的双折射粒子的旋转速度，和作用在它上面的光转矩，通过测量光的角动量的变化，从通过粒子。这种方法不依赖于颗粒的大小或形状或激光束的几何形状，也不依赖于周围介质的性质。这可以允许在微观尺度上精确测量粘度。
2003-08-28 physics.optics
Force and torque on an electric dipole by spinning light fields
本文计算了自旋光场作用于电偶极子的光学力和力矩。我们发现，耗散部分的力量只依赖于轨道的能量流的领域，因为后者是有关的相位梯度广义这样的光场。至于剩余的自旋能流，它产生了一个光转矩。所产生的光学力的变化是详细的不同的实验相关的配置，我们特别显示如何这种变化是至关重要的，当涉及表面等离子体激元模式。
2015-02-03 physics.optics
Optical torque on a two-level system near a strongly nonreciprocal medium
研究了原子与非均匀电磁场相互作用中的量子光矩，该电磁场由最一般的线性本构关系描述。原子被模拟为一个在任意初始能态下制备的二能级系统。利用Heisenberg运动方程（HEM），在Markov近似下，我们证明了光矩具有共振和非共振部分，分别与自发辐射过程和与量子真空的Casimir型相互作用有关，它们都可以用系统格林函数表示.我们的配方是有效的任何非均匀的，耗散的，分散的，非互易的，和双各向异性的结构。我们将这一一般理论应用于原子与具有强非互易性和模态单向性的材料相互作用的情况。在这种情况下，原子能量的主要衰减通道由在非互易材料-真空界面处发射的单向表面波表示。为了提供相关的物理洞察这些单向表面波中出现的非平凡的光学扭矩的作用，我们推导出封闭形式的表达式下的准静态近似的诱导扭矩。最后，我们研究了原子极化的平衡态，由于扭矩的作用，原子自发地倾向于沿着该状态排列。我们的理论预测可以用冷里德伯原子和非互易材料附近的超导量子比特进行实验检验。我们相信我们的一般理论可能会在纳米机械和生物机械系统中找到广泛的应用。
2018-08-17 physics.optics
Optical forces and torques on eccentric nanoscale core-shell particles
小颗粒的光学捕获和操纵是在微尺度上探测流体性质的重要工具。特别是，微流变学利用微米级颗粒的操纵和旋转来探测局部粘度，特别是在这些特性可能作为其局部环境的函数而被扰动的情况下，例如在细胞附近。为此，双折射颗粒很有用，因为它们可以使用光学感应力和扭矩容易地控制，从而用于探测其局部环境。然而，可以在双折射颗粒中引起的光学扭矩的大小是小的，并且是颗粒直径的函数，这意味着在比微米级小得多的长度尺度上不能容易地探测旋转流。在这里，我们展示了模型，表明偏心球形核壳纳米粒子可以用来产生相当大的光学扭矩。偏心率是堆芯中心偏离壳体的结果。结果表明，对于直径为90~ 180 nm的颗粒，我们可以获得超过800 Hz的旋转速率。这填补了在具有光学力的微粒的旋转中缺失的尺寸间隙。我们可以旋转的粒子的直径几乎比迄今为止成功旋转的最小双折射粒子小一个数量级。因此，偏心核壳纳米粒子的旋转对生物光子学做出了重要贡献，并为纳米级环境中的流变学创造了新的机会。
2021-03-11 physics.optics
Macroscopic direct observation of optical spin-dependent lateral forces and left-handed torques
观察和驯服由非平凡的光-物质相互作用产生的不寻常效应，总是促使科学家更好地理解自然，并开发技术工具来实现新的应用。最近，一些不寻常的光学力学效应已经被揭开，当微妙的自旋轨道相互作用发挥作用，建立在日常生活中很难看到的光学力和扭矩，如负的光辐射压力，横向光学力，或左手光学扭矩。到目前为止，尽管概念上取得了巨大的进步，但只有少数实验方案可以揭示这些影响。特别是，自旋相关的横向力和它们的角度模拟要么是以直接观测为代价，要么是以特定仪器复杂性为代价。在这里，我们报告肉眼识别的光致自旋相关的横向位移厘米大小的物体赋予结构双折射。它的角对应的也进行了讨论，并观察到左手宏观旋转运动的报告。揭示的效应最终是由横向光学力场驱动的，比迄今为止报道的大五个数量级。这些结果允许结构化光-物质相互作用从科学好奇心转变为现有跨长度尺度的多学科光学操纵工具箱的新资产。此外，这突出了各向异性和非均匀介质的自旋轨道光学力学，这是刚刚开始探索。
2018-02-02 physics.optics
Universal relationships between optical force/torque and orbital versus spin momentum/angular momentum of light
我们建立了一般粒子上的光学力/力矩与一般单色光场的线动量和角动量（AM）的不同部分之间的普遍关系。严格地证明了，光学力是由轨道（正则）光学动量从光到物质的转移产生的，而另一部分光学动量，称为自旋动量，不会对物质产生光学力，而是保持守恒，即使当平移不变性被打破时，将粒子放入光场。另一方面，基于一般的多极光学力矩理论，我们证明了光学力矩源于总的光学AM的转移，包括轨道和自旋AM，澄清了在一般情况下，长期存在的困惑，即轨道AM是否可以在一般的光场中诱导一般粒子的自旋力矩。
2017-12-29 physics.class-ph physics.optics
Tunable Optical Torque by Asymmetry-Induced Spin-Hall Effect in Tightly Focused Spinless Gaussian Beams
Department of Physical Sciences, IISER-Kolkata（印度科学教育研究所加尔各答分校物理科学系）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究院）
研究通过不对称照明打破对称性，使无净自旋角动量的高斯光束产生可调光学扭矩，实现微粒旋转运动。
2026-04-20 physics.optics
The optical torque: Electromagnetic spin and orbital angular momenta conservation laws and their significance
在自旋和轨道角动量的基本守恒方程所涉及的物理导致新的法律和现象，我披露。为此，我分析了电磁波场的散射由一个小粒子，我假设偶极在广义上构成的正则系统。具体来说，在相当一般的条件下，这些定律可以帮助我们了解每个角动量对物体上的场施加的电磁扭矩的贡献和权重，该扭矩由消光和散射或反冲组成。部分。这导致了对它的效应的解释与迄今为止许多理论和实验工作所采用的解释不同，并且意味着反冲力矩的一部分抵消了通常被称为固有力矩的固有力矩，该固有力矩通常被认为是粒子自旋的原因。此外，我得到的贡献的空间结构的波，这个扭矩，未知的日期，显示其效果在轨道上的对象，并证明它往往会导致一个负扭矩的一个单一的粒子，即相反的入射螺旋，产生轨道运动相反，其自旋。此外，我建立了一个分解的电磁转矩到保守和非保守的组件，其中的螺旋度和它的流量发挥类似的作用，电磁力的能量和它的通量。我说明这些现象的例子梁，也显示了一些傍轴配方的领域不持有的横截性条件的困难。
2015-11-03 physics.optics
Optical forces and torques in non-uniform beams of light
椭圆偏振光束中的自旋角动量在光阱中起着几个值得注意的作用。它对非均匀光束中的线动量密度有贡献，从而对施加在被照射物体上的辐射压力有贡献。它可以转换成轨道角动量，因此即使在光学各向同性物体上也可以施加扭矩。此外，它的旋度对力和力矩都有贡献，而没有自旋到轨道的转换。我们通过跟踪椭圆偏振光镊中扩散的胶体球来实验证明这些效应。一簇一簇的球体围绕着光束的轴线确定性地旋转。相比之下，一个单一的球体，经历随机布朗涡旋循环，映射出光学力场。
2011-12-19 cond-mat.soft physics.optics
Orientation of optically trapped nonspherical birefringent particles
虽然在光阱中的微粒的对准和旋转最近受到越来越多的关注，但最早的例子之一几乎完全忽略了粒子相对于光束轴的对准，而不是围绕光束轴。然而，由于对齐扭矩决定了粒子在阱中如何对齐，因此它们与实际应用直接相关。溶菌酶晶体是研究非球形双折射粒子在陷阱中取向的理想模型系统。它们的尺寸和纵横比都可以通过生长参数来控制，并且它们的规则形状使得计算建模变得可行。我们表明，外部形状和内部双折射各向异性有助于对齐扭矩。三维捕获的细长物体根据其尺寸与其长轴平行或垂直于光束轴对齐。形状相关的扭矩可以超过由于双折射引起的扭矩，并且可以使负单轴粒子与它们的光轴平行于电场对准，从而允许围绕光束轴施加光学扭矩。
2006-02-23 physics.optics
Torque of guided light on an atom near an optical nanofiber
本文用解析和数值方法计算了光场作用于光学介质附近的二能级原子的轴向轨道力矩和自旋力矩。我们表明，这些扭矩的产生是由角动量守恒定律的闵可夫斯基制定。光纤附近原子的轨道力矩来自自发发射光子的平均反冲。光子的角动量和原子的自旋角动量可以转换成原子的轨道角动量。被引导光场的轨道角动量和自旋角动量并不分别转移到原子的轨道角动量和自旋角动量上。
2019-05-10 physics.optics quant-ph
Pitch tuning induced by optical torque in heliconical cholesteric liquid crystals
螺旋胆甾相液晶被认为对光场引起的转矩更敏感，因为它们的结构允许分子取向的弯曲和扭曲，这与仅涉及扭曲变形的常规胆甾相液晶不同，需要高得多的场。我们在这里报告的演示调谐螺旋胆固醇诱导的光转矩的螺距。实验观测与扩展到包括光场效应的经典理论的预期一致。实现了螺距的双重控制，包括沿螺旋轴施加的低频电场和与其正交的光场。
2020-01-30 cond-mat.soft physics.optics
Negative optical torque on a microsphere in optical tweezers
我们表明，在光镊与椭圆偏振光束的光力场具有相反的旋向性为广泛的颗粒尺寸和最常见的配置。我们的方法是基于直接观察下的横向斯托克斯阻力的作用下的粒子的平衡位置，其旋转的光学扭矩的机械效应围绕光轴。我们发现与理论的总体协议，没有拟合，提供散光，这是单独的特点，包括在理论描述。我们的工作开辟了一条道路的捕获参数的表征，如微球的复折射率和光学系统的像散，从微球旋转角度的测量。
2019-01-27 physics.optics quant-ph
Optical alignment of oval graphene flakes
图案化石墨烯作为原子级薄层，支持中红外或远红外频率的局部表面等离子体激元（LSPP）。除了大的光学截面之外，这还提供了显著的光学力/扭矩，并且将使其成为光学操纵的理想候选者。在这里，我们研究了圆形和椭圆形石墨烯片上的线性偏振平面波所施加的光学力和扭矩。而对于圆形薄片，扭矩消失，有限扭矩允许相对于电场极化旋转和定向椭圆形薄片。根据波长的不同，排列方式可以是垂直的，也可以是平行的。在我们的贡献中，我们依赖于全波数值模拟，但也对一个分析模型，处理石墨烯片在偶极子近似。所呈现的结果揭示了对经受远红外照射的石墨烯薄片的空间排列的良好控制水平。
2017-01-04 physics.optics
Optical forces, torques and force densities calculated at a microscopic level using a self-consistent hydrodynamics method
在纳米尺度下，材料内的光学力密度分布的计算是具有挑战性的，其中出现量子和非局部效应，并且宏观参数（例如介电常数）变得不明确。我们证明了纳米等离子体激元系统的微观光学力密度可以使用自洽的流体力学模型来定义和计算，该模型包括量子，非局部和延迟效应。我们证明了这种技术，通过计算微观光学力密度分布和外部光诱导的纳米等离子体二聚体的光学结合力。我们发现，一个不均匀的分布的光学力密度可以导致一个自旋扭矩作用在单个粒子。
2017-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optical Supertorque Induced by Mie-Resonant Modes
Research School of Physics, Australian National University（澳大利亚国立大学物理研究学院）；School of Physics and Engineering, ITMO University（ITMO大学物理与工程学院）；Nanophotonic Systems Laboratory, Department of Mechanical and Process Engineering, ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院机械与工艺工程系纳米光子系统实验室）
本文提出共振光扭矩概念，通过高折射率介电纳米颗粒的米氏共振增强光角动量传递，并发现由散射通道混合产生的“超扭矩”现象。
2026-06-16 physics.optics
Nonlinearity-induced optical torque
提出通过非线性光散射将角动量转移给无吸收粒子的新机制，微观对称性破缺导致非线性负光学力矩，并可通过共振介电纳米结构验证。
2022-10-08 nlin.CD physics.optics
Transverse optical binding for a dual dipolar dielectric nanoparticle dimer
横向光学约束力和扭矩超出瑞利近似的物理起源还没有清楚地表达日期。在这里，我们提出了一个双偶极介电二聚体的力和扭矩的解析表达式由垂直于二聚体轴传播的平面波照射。使用这个分析模型，我们探讨的杂化电偶极，磁偶极，和电磁偶极耦合相互作用的粒子上的总的力和扭矩的作用。我们发现显着偏离瑞利近似的预测，特别是对于高折射率粒子，其中的力是由磁相互作用占主导地位。与瑞利近似的预测相比，这导致二聚体稳定性增强一到四个数量级。对于扭矩的情况，这是由耦合相互作用，并增加了一个数量级。我们的研究结果将有助于指导未来的实验工作在高折射率电介质粒子的光学绑定。
2020-08-17 physics.optics
Thermal equilibrium spin torque: Near-field radiative angular momentum transfer in magneto-optical media
光的自旋和轨道角动量在量子纳米光子学和拓扑电动力学中起着核心作用。在这里，我们表明，从有限大小的机构组成的非互易磁光材料的热辐射可以施加一个自旋力矩，即使在全球热平衡。超越了近场热传递的范式，我们计算近场辐射角动量传递有限大小的非互易物体Rytov的波动电动力学与光学角动量理论相结合。证明了在外加磁场作用下，与周围环境处于非平衡状态的单个磁光立方粒子会产生转矩（T对称性破缺）。此外，即使在全局热平衡中，具有未对准的旋轴的两个粒子经历具有相反符号的相等大小的扭矩，这倾向于使它们的旋轴彼此平行地对准。我们的结果是普遍适用的半导体，如InSb（磁等离子体），以及外尔半金属表现出异常霍尔效应（gyrotropy）在红外频率。我们的工作铺平了道路，近场角动量转移介导的热涨落的纳米器件。
2021-06-15 cond-mat.mes-hall physics.optics
Investigating and Controlling the Libration and Rotation Dynamics of Nanoparticles in an Optomechanical System
本文通过监测侧向散射光实时观察纳米粒子在光机械系统中的摆动-旋转转变，揭示其由各向异性极化正弦扭矩与吸收主导的恒定扭矩平衡驱动，实现弱扭矩传感和精确控制，助力量子效应研究。
2024-02-08 physics.optics
Precise in situ radius measurement of individual optically trapped microspheres using negative optical torque exerted by focused vortex beams
提出一种利用聚焦涡旋光束的负光力矩测量光阱微球半径的新方法，通过Stokes拖曳力使微球离轴旋转，并结合Mie-Debye理论拟合数据，实现精确的原位半径测量及光学像差探测。
2023-12-28 physics.app-ph physics.optics
Vacuum Torque Without Anisotropy: Switchable Casimir Torque Between Altermagnets
Tsung-Dao Lee Institute & School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University（上海交大李政道研究所与物理与天文学院）；Shanghai Branch, Hefei National Laboratory（合肥国家实验室上海分部）
研究通过二维介电磁体实现可切换Casimir扭矩，利用轴对称磁场诱导轴不对称Casimir能量，揭示时间反演对称性破缺对Casimir扭矩的调控作用。
2026-01-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.optics
Light with a self-torque: extreme-ultraviolet beams with time-varying orbital angular momentum
携带轨道角动量（OAM）的扭曲光场为光通信、显微镜、量子光学和微粒旋转等领域的应用提供了强大的能力。在这里，我们介绍和实验验证一类新的光束，其独特的属性是与时间OAM变化沿脉冲：光的自转矩。自转矩是一种在电动力学和广义相对论中由物质-场相互作用引起的现象，但迄今为止，还没有光学模拟。特别地，光的自转矩是固有性质，其与OAM光束在与物理系统相互作用时施加的机械转矩不同。我们表明，自扭转光束在极紫外（EUV）自然出现的角动量守恒的非微扰高次谐波产生时，驱动的时间延迟脉冲具有不同的OAM的必然后果。此外，与时间相关的OAM自然地诱导方位角频率啁啾，这提供了用于监测高谐波EUV光束的自扭矩的签名。这种自扭转的EUV光束可以作为独特的工具，用于成像磁和拓扑激发，用于发射量子物质的选择性激发，以及用于在前所未有的时间和长度尺度上操纵分子和纳米结构。
2019-01-30 physics.optics
Optimal nanoparticle forces, torques, and illumination fields
共振亚波长散射体的普遍性质是它们的光学横截面与平方波长$λ^2$成比例，而不管它们是等离子体纳米颗粒、二能级量子系统还是RF天线。最大横截面是\emph{incident field}的固有特性：具有无限功率的平面波可以分解为具有与$λ^2$成比例的有限功率的多极阶。在这篇文章中，我们确定$λ^2/c$和$λ^3/c$作为类似的力和扭矩常数，推导出一个更一般的二次散射通道框架的上限，光学力和扭矩的任何照明领域。这个框架也解决了反向问题：计算全局最优的“全息”入射光束，为一个固定的散射体收集。我们分析的结构和入射场接近的边界，波长尺度的机构表现出丰富的散射通道之间的相互作用，我们表明，球对称结构是禁止达到平面波力/力矩的界限。该框架应该能够实现用光对纳米颗粒的最佳机械控制。
2018-12-21 physics.optics
Calculation and optical measurement of laser trapping forces on non-spherical particles
光学捕获，其中微观粒子被捕获并通过光进行操纵，是一种强大且广泛的技术，其中单光束梯度阱（也称为光镊）用于大量生物和其他应用。作用在被捕获粒子上的力和扭矩是由从捕获光束到粒子的动量和角动量的转移引起的。尽管激光阱看起来很简单，在单个光束中有单个粒子，但精确计算作用在粒子上的光学力和扭矩是困难的。可以使用近似方法进行计算，但仅适用于其有效范围内，例如对于比捕获波长大得多或小得多的粒子，以及对于球形各向同性粒子。这留下了不幸的差距，因为波长尺度粒子具有很大的实际意义，因为它们容易且强烈地被捕获并用于探测有趣的微观和宏观现象，以及非球形或各向异性粒子，生物，晶体或其他，由于它们在自然界中频繁出现，以及旋转这些物体或控制或感测它们的取向的可能性。电磁散射理论的系统应用可以提供激光俘获的一般理论，弥补现有理论的不足。我们在这里提出的力和扭矩的计算从这个理论得到的捕获粒子和讨论可能的应用，包括力和扭矩的光学测量。
2003-08-29 physics.optics
Thermal Radiation Force and Torque on Moving Nanostructures with Anisotropic Optical Response
本研究揭示了各向异性纳米结构在热辐射浴中移动时，除阻力外还会受到横向力和力矩，从而显著改变其运动轨迹。
2025-03-24 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dissipation Effect on Optical Force and Torque near Interfaces
菲涅耳-斯涅耳定律是光学中的基本定律之一，它给出了光在界面处的行为的见解，如果在传输介质中存在耗散，则违反了该定律。为了克服这个问题，我们将折射角从实数扩展到复数。我们使用这种复角的方法来分析光在有耗介质和无耗介质之间的界面处的行为。我们发现，耗散使光的波数超过最大允许在无损接口。这是令人惊讶的，因为一般来说，介电损耗仅改变光的强度分布，因此即使存在介电损耗，也不能在体中产生这种过量的波数。此外，反常的圆极化出现耗散。异常圆偏振的方向是横向的，而在没有耗散的情况下，圆偏振的方向必须是纵向的。我们还讨论了过量波数如何增加光学力以及反常圆偏振如何产生光学横向力矩。这种由耗散产生的光的新状态将为新一代的光学捕获和操纵铺平道路。
2019-04-18 physics.app-ph physics.class-ph physics.optics
A theoretical framework for the Hamiltonian of angular momentum optomechanical system
光子同时携带线动量和角动量。在光与物质的相互作用过程中，线动量的交换导致光学力，而角动量的交换导致光学力矩。在量子光学力学中，光学力（光压或阻尼）的使用已经很长时间了，但是，光学力矩和光学角动量的使用却不是。在这里，我们提出了一个理论框架的基础上的光学角动量和光学扭矩的腔轨道和自旋角动量光机系统的哈密顿量，分别。利用该方法成功地得到了反射系数为非单位的微腔与多个扭振子组成的复杂角动量光机系统的哈密顿量。我们的结果表明，我们的理论框架的角动量光力学系统的哈密顿量的普遍适用性，并扩大了量子光力学的研究范围。
2022-09-24 physics.optics quant-ph
Transient birefringence of liquids induced by terahertz electric-field torque on permanent molecular dipoles
从微观上理解液体中的低频分子运动一直是软物质科学的一个长期目标。到目前为止，这种低频运动大多是通过非共振光脉冲间接获得的。一种更直接的方法是用太赫兹（THz）辐射询问液体的动态结构。在这里，我们提供的证据表明，强烈的太赫兹脉冲的共振激发是能够驱动重定向的非质子极性液体通过耦合到永久分子的偶极矩的librational模式。我们观察到这种增强的耦合的一个标志：瞬态光学双折射高达一个数量级高于获得光激发。我们的研究结果开辟了道路，如有效的分子排列和系统的研究，在液体中的旋转运动的耦合到其他集体运动的应用。
2016-10-13 cond-mat.soft physics.optics
Radiation forces and torques in optics and acoustics
Australian National University（澳大利亚国立大学）；RIKEN（理化学研究所）；King’s College London（伦敦国王学院）；University of Michigan（密歇根大学）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）；IKERBASQUE, Basque Foundation for Science（伊克尔巴斯克，巴斯克科学基金会）；Centre of Excellence ENSEMBLE3 Sp. z o.o.（ENSEMB3卓越中心有限公司）
综述光学和声学中辐射力与力矩的理论与应用，探讨其在粒子操控和机械系统中的作用。
2025-12-31 physics.class-ph physics.flu-dyn physics.optics
