近日，我院助理教授徐孝浩及其合作者在光操控研究中提出“光学虚角动量”，发现了虚坡印亭矢量涡旋结构，揭示了光致旋转的新物理机制，预言了一种各向异性的非保守光梯度力。相关研究成果发表在国际学术期刊 Physical Review Letters (文章链接) 和 Laser & Photonics Reviews (文章链接)。
圆偏振光和螺旋相位光分别携带自旋角动量和轨道角动量，能够驱动微小颗粒旋转，这符合人们对角动量守恒定律的直观理解。最近，徐孝浩等研究发现，由径向偏振光和角向偏振光同相叠加产生的矢量光束，虽不携带自旋和轨道角动量，但仍可诱导颗粒绕光轴旋转。这种“反直觉”的光力矩现象归因于入射光场中呈涡旋分布的虚坡印亭矢量。基于这种虚坡印亭矢量的涡旋结构、徐孝浩定义了一个量纲为角动量的赝矢量（即光学虚角动量），证实了局部电磁场的光学虚角动量可通过电、磁偶极响应的干涉效应传递给颗粒，从而使颗粒在光力矩的作用下产生持续旋转。该研究成果拓展了人们对电磁场动力学特性的认知，为解释光致物体旋转提供了一种新的物理机制。
光除了携带角动量，同样携带线性动量，因此可以对颗粒产生光梯度力和散射力的作用，其中，光强空间分布不均匀导致的光梯度力是光镊技术捕获微小颗粒的关键。自光镊技术问世以来，光梯度力通常被认为是保守力，其方向各向同性（要么指向焦点、要么背离焦点）。最近，徐孝浩等研究发现，对于支持偶极Kerker效应的颗粒（如高折射率的介质纳米颗粒），作用于颗粒的光梯度力出现了一个非保守力分量，这个非保守力分量对支持偶极Kerker效应的颗粒具有各向异性的吸引或排斥行为，从而能够对不同尺寸的纳米颗粒实施筛选操控。
Kerker效应引起的光梯度力在焦平面上的分布
