当两个粒子悬浮在激光束的焦点上时，光在它们之间来回反射，形成驻波。 与这些驻波的相互作用导致粒子以一种称为光学结合的现象进行自对准。 现在，维也纳大学、奥地利科学院和德国杜伊斯堡-埃森大学的研究人员首次成功地完全控制了平行激光束中两个光学悬浮纳米颗粒之间的这种结合。 这一成就为探索两个或多个粒子的集体量子动力学提供了一个新平台。
在这项工作中，研究人员表明，通过调整激光束的特性，他们不仅可以控制粒子之间相互作用的强度，还可以控制这种相互作用是吸引、排斥还是非互易。 “非互易意味着一个粒子推动另一个粒子，但另一个粒子不反击，”团队成员解释道 本杰明·斯蒂克勒 的 杜伊斯堡 - 埃森大学。 “虽然这种行为在一个看起来相当对称的系统中似乎违反了牛顿第三定律，但事实并非如此，因为一些动量被光场带走了。”
相干散射
之前对光学结合粒子的研究并未描述这种非互易行为，但研究小组表示，它源于一种称为相干散射的现象。 本质上，当激光照射到纳米颗粒上时，纳米颗粒会发生偏振，从而跟随光的电磁波的振荡。
“因此，从粒子散射的所有光都会与入射激光同相振荡，”团队成员解释道 乌罗斯·德利克 的 维也纳大学。 “从一个粒子散射的光会干扰捕获另一粒子的光。 如果这些光场之间的相位可以调整，那么粒子之间的力的强度和特征也可以调整。”
为了弄清楚这种行为，维也纳的团队成员设置了两个带有空间光调制器的平行光镊，空间光调制器是一种可以分裂或整形激光束的液晶显示器。 “这些粒子最初被困在彼此附近，以观察它们如何通过从它们反射的光相互作用，即它们如何光学结合，”Delic 解释道。 “做到这一点的方法是观察当我们将它们靠近时它们的振荡频率如何：它们变化越多，相互作用就越强。”
通过杜伊斯堡同事的理论计算，研究人员发现，在特定环境下，相互作用可能会变得非互易。 这一发现得到了实验室观察的证实，结果表明粒子之间的相互作用比预期的更加复杂。
“一个全新的工具”
“我们的实验提供了一种全新的工具来控制和探索悬浮纳米物体之间的相互作用，”德利克和斯蒂克勒说 物理世界。 “量子领域所达到的控制和操作水平开辟了许多有趣的研究途径，例如研究多粒子系统中的复杂现象。”
光镊将纳米粒子固定在超流氦中
研究人员表示，他们现在将尝试扩大他们的技术，以便将其扩展到许多悬浮纳米粒子。 “可调节的相互作用将使我们能够对粒子之间的连接进行编程，并探索它们如何集体移动并形成模式，”德利克和斯蒂克勒说。
本研究发表于 科学.
