暨南大学融媒体中心讯 近日，物理与光电工程学院（理工学院）光电工程系余健辉研究员带领的科研团队在国际权威学术期刊Nature Communications发表题为“Dynamics of polarization-tuned mirror symmetry breaking in a rotationally symmetric system”的研究成果。该研究发现了一种普遍存在于SO(2)旋转对称系统中由线性偏振诱导的新型镜面对称性破缺（MSB）机制和侧向光力（LOF）。研究人员通过建立双偶极子理论模型揭示了这种新型MSB机制和LOF的物理起源，并通过具有镜面对称的油滴实验演示线偏振取向对LOF的高效正弦调谐作用。物理与光电工程学院博士研究生张宇（现为佛山大学特聘青年研究员）和李志斌（现为暨南大学博士后）为论文共同第一作者，余健辉研究员为唯一通讯作者。此外，广东省科技基础条件平台中心的车振博士，以及暨南大学的硕士研究生张旺和博士研究生张玉森等人均对该工作作出重要贡献。
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根据诺特定理，当一个非吸收旋转对称系统被均匀光波照射时，横向动量守恒通常通过镜面对称来保持。因此，在旋转对称系统中打破光散射的镜面对称性并仅使用均匀对称光场产生LOF是具有挑战性的。
研究团队展示了一种在SO(2)旋转对称系统中普遍存在的动力学作用，机制示意图如图1所示。理论结果表明，这种新型MSB机制可以普遍应用于SO(2)旋转对称系统，并通过偏振取向进行正弦调控，从而产生垂直于传播方向的极易调谐和高效的LOF。重要的是，这种MSB机制和LOF仅依赖于入射光偏振和入射角，不需要复杂的结构光、基底和特殊的手性材料。
图1. SO(2)旋转对称系统中偏振诱导MSB产生LOF的原理示意图
研究人员通过实验观察了半漂浮在空气-水界面上的十二烷油滴的动态作用，证实了LOF对偏振角具有正弦依赖性，并且实现了9.22N/mW/μm−2的LOF效率，比目前相关研究报道的LOF效率至少高出两个数量级，如图2所示。
图2. SO(2)旋转对称系统中偏振诱导MSB产生LOF的实验结果图
该研究成果仅利用线性偏振诱导SO(2)旋转对称系统中的MSB机制和LOF，配置方案简单高效，为医学诊断和分析化学领域中液滴（药物或表面活性剂）的靶向运输和光学操控开辟了新道路。该研究得到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目等的支持。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49696-x
责编：李伟苗