近日，我校机械工程学院（机器人工程学院）段晓勇博士和王禹副教授与合作者在纳米颗粒光操控方面取得重要进展，在美国物理学会（APS）旗下的国际著名期刊《Physical Review B》（自然指数期刊），发表了题为《Nonreciprocal transverse optical binding forces in dielectric-metal heterodimers》的研究论文。嘉兴大学为第一完成单位，论文第一作者/第一通讯作者为段晓勇博士，共同通讯作者为浙江大学物理学院王立刚教授，为论文做出重要贡献的还有王禹副教授、浙江大学物理学院高斌杰博士和张俊香教授。

光与物质之间，通过多个纳米颗粒间光的相互散射所驱动的动量交换，会产生一种被称为光束缚力（Optical binding force）的相互作用。通常情况下，全同颗粒间的光束缚力具有互易性（即大小相等、方向相反），从而能够驱动颗粒形成丰富的稳定构型，并保持固定的颗粒间距。但是当前大多数研究是在瑞利近似下针对同源二聚体（Homodimer）展开的。在该近似下，颗粒尺寸远小于光的波长（亚波长），并表现为点状的感应电偶极子，由其形成的光束缚构型的稳定平衡间距固定不变且难以调控。因此，实现多颗粒光束缚构型的自由动态调控仍是光学微操控领域的一项重大挑战。

本研究对电介质-金属异源二聚体（Heterodimer）中感生电磁偶极矩间的相互作用进行了理论研究。解析结果表明，介电-金属异源二聚体在横向光束缚构型下，其质心和构型存在可连续和非连续调控的稳定间距。这些可变化的稳定间距依赖于颗粒尺寸和入射波长，其形成机制源于由电偶极、磁偶极以及电-磁偶极耦合和杂化等相互作用共同构成的非互易横向光束缚力（并非等大反向）。特别是，这种非互易的横向光束缚力能够驱动二聚体产生非平衡运动，例如构型的振荡和质心的平移等新奇现象。更为关键的是，通过调控入射光的偏振，能够实现对两颗粒的稳定间距和稳定性及其非平衡运动状态（包括质心运动）的精确调控，如图1所示。

图1.光的极化角调制的硅-金异源二聚体非互易光束缚及非平衡运动。

该成果所揭示的作用-反作用对称性破缺，为光驱动纳米马达和微机械、光学物质的自组装、宏观多颗粒的量子基态协同冷却和纠缠、多体系统的非互易动力学开辟了新的研究视角。

原文链接DOI:https://doi.org/10.1103/7wn7-kq98