一种能够通过改变 Weyl 系统中费米弧线的形状，从而在光的拉力和推力之间进行切换的方法
发布时间：2024-10-18 13:52:18 阅读数： 117
费米弧的不断演化以及所获得的电磁力。a、通过改变夹在两种 Weyl 介质之间的空气层厚度来调整费米弧线的示意图。这些 Weyl 介质在动量空间中仅有两个等频 Weyl 简并（红点和蓝点）。Weyl 在上下两个 WMs 中的手性退化是相反的，用不同颜色表示。红色和蓝色曲线代表连接 Weyl 简并的投影的两条费米弧。b、支撑拉波的结构示意图。一个电偶极子（y 方向）被包裹在空气层中，作为波源。各种形状的散射体被费米弧波所吸引。致谢：刘亚超、王明伟、黄永清、王国平、张爽。
光学力犹如一只看不见的 “手”，能够精确地控制微小的粒子。光学镊子是一种众所周知的工具，它利用这种力来捕获和操纵小物体，比如细胞、细菌和病毒。这种效应是基于动量从光子到粒子的转移 —— 当光与粒子相互作用时，它会产生足够的力来移动粒子。亚瑟・阿什金因开发光学镊子获得 2018 年诺贝尔物理学奖。
通常情况下，光子的动量会产生一种推力，推动粒子前进。400 多年前，约翰内斯・开普勒首次提出了这一概念，他提出了 “太阳帆” 的想法，利用光的推力进行太空探索。然而，难题在于创造一种光拉力，即光将粒子拉向光源。虽然光镊可以通过聚焦光束来牵引粒子，但将这种拉力扩展到更大的区域是一项重大的技术挑战。此外，粒子在光场中的行为随其大小、形状和折射率的变化而变化，这使得光力的精确控制更加困难。科学家们一直在寻找一种方法来产生一种一致的光拉力，这种拉力可以作用于大范围的粒子。发表在《光：科学与应用》杂志上的一篇新论文展示了一种通过改变拓扑光子 Weyl 系统中费米电弧的形状来在光拉力和光推力之间切换的方法。通过调整两种拓扑电荷相反的 Weyl 材料之间的空气层厚度，来自中国的研究小组发现费米弧的形状可以从凸变为凹。这种转换使光子动量从正到负的连续转换成为可能，产生稳定的光拉力，这种拉力在各种粒子类型中都有效，无论其大小、形状或折射率如何。通过详细的全波模拟，研究人员证实了这种方法的有效性，突出了凹费米弧波在产生可靠的光学拉力方面的独特能力。
通过调节空气层厚度实现费米弧形状的连续变化，该技术开辟了广阔的应用前景。未来，科学家们可能会利用这项技术创造稳定的双向粒子传输通道，为精密实验和推进纳米制造、药物输送和微流体等领域提供创新平台。此外，这项尖端技术还具有在生物传感器和环境监测方面取得重大进展的潜力。
