西安光机所揭秘光力学新突破！
西安光机所揭秘光力学新突破！
中国科学院西安光学精密机械研究所联合西班牙国家研究委员会和英国伦敦国王学院，在光子力学光力矩理论研究方面取得重大进展。研究团队预言了光梯度力矩和光旋度力矩的存在，并首次提出了横向光力矩的概念。这一突破性成果发表在国际顶级期刊《自然-通讯》上，为光力学领域开辟了新的研究方向。
光力学：光与物质相互作用的奇妙世界
光力学是光学与机械工程的交叉领域，主要研究光与机械元件的相互作用。其理论基础是光的动量和能量守恒定律。当光在介质中传播时，会与物质发生反射、折射、散射等相互作用，从而影响光的传播方向和速度，改变光的动量。这种相互作用不仅决定了光的传播特性，还为操控微小物体提供了可能。
光力矩：光驱动微粒旋转的关键
光力矩是光子力学领域的重要概念，它与光力共同控制着微小物体的运动。光力矩负责控制物体的自转（绕自身质心的旋转），而光力则控制物体的平动（质心运动）。通过光力矩驱动的微纳机械转子，可以实现对多物理场的精密传感和测量，是研究生物动力学、检验基础物理学理论（如真空摩擦和卡西米尔效应）的关键技术手段。
突破性发现：新型光力矩的提出
在此次研究中，科研团队基于笛卡尔多极子展开法，建立了新的光力矩理论框架。他们发现了两类新型光力矩分量：
- 光梯度力矩（Tgrad）：由光场的虚螺旋度梯度产生，与光的自旋角动量线性无关，可以作用于与自旋角动量正交的方向。
- 光旋度力矩（Tcurl）：由光场的动量旋度产生，同样与自旋角动量无关，为光力矩的调控提供了新的自由度。
基于这些发现，研究团队进一步提出了横向光力矩（LOT）的概念。横向光力矩可以使物体在垂直于光自旋角动量的方向上持续旋转，这为光操控技术开辟了新的可能性。
重新认识光学轨道角动量
研究还揭示了光学轨道角动量（OAM）驱动微粒旋转的新机制。传统观点认为，光学轨道角动量仅与离轴微粒的轨道旋转有关。而此次研究发现，OAM与旋度力矩发生耦合，可以影响微粒的自转，甚至实现与入射自旋角动量和轨道角动量方向相反的光学负力矩（NOT）。这一发现不仅为光学负力矩的产生提供了新的理论依据，也修正了人们对光学轨道角动量的传统认知。
应用前景：从精密测量到基础物理研究
这一理论突破将为光力学领域带来深远影响。在应用层面，新型光力矩的发现将推动多物理场传感、精密测量技术的发展，有望在生物医学、材料科学等领域发挥重要作用。在基础研究方面，这些发现将为探索真空摩擦、卡西米尔效应等基础物理现象提供新的实验平台。
西安光机所的这一研究成果不仅丰富了光子力学的理论体系，更为未来的技术创新奠定了重要基础。随着研究的深入，我们有理由相信，光力学将在更多领域展现出其独特价值。