近日，同济大学物理科学与工程学院光电专业大二本科生陶也和吴欣怡、应用物理强基班大三本科生钟伟在《光学学报》发表题为《光力矩的基本原理及其应用》的特邀综述，指导教师是王占山、程鑫彬教授团队的施宇智教授。
论文从正负光力矩产生的原理和条件、光力矩增强机制、光力矩的物理和生物应用出发，对光力矩光镊操控进行回顾和讨论，文章结构如图1所示。光镊的基本原理在于光与物质微粒之间动量传递的力学效应。光镊利用光力和光力矩对颗粒进行操控，自Ashkin的开创性工作以来，其在30多年间取得了巨大的进展。而光力矩的研究可以追溯到1996年，澳大利亚昆士兰大学的研究团队Friese等测量出粒子旋转时所吸收的光子自旋角动量（SAM）。将使颗粒旋转方向与光的圆（椭）偏旋转方向相同的力矩定义为正光力矩，将使颗粒旋转方向与光的圆（椭）偏旋转方向相反的力矩定义为负光力矩。光力矩随着材料中的吸收的引入而增加，并且随着多极子等的出现得到进一步增强。
图1：综述文章结构。
论文将光力矩分为正光力矩和负光力矩，总结了两种光力矩在不同情况下的产生机制，并介绍了光力矩的增强机制，随后介绍了光力矩的物理应用，包括纳米扭秤及扭矩扳手、微机械，以及生物应用，包括DNA等生物分子性质测量、生物流变学及传感器、生物混合微型机器人等。
图2：光力矩的应用。(a)微机械；(b)DNA扭转装置示意图。
利用光力矩可以实现对粒子的捕获、操控、旋转，为光学操控带来了更多的机遇。光力矩将传统光镊的颗粒平动操控提升到颗粒旋转，从而大大提高了光镊操控颗粒的能力。结合光流控技术，通过流体的传输作用，光力矩可以辅助光镊快速捕获溶液中的任意颗粒，并对其进行光子旋转动量的传递。光力矩技术具有无接触、无损伤等特点，可以操控细胞、病毒、DNA等较难操控的生物颗粒，因此在生物领域有很好的应用前景。
同济大学物理科学与工程学院大二本科生陶也为论文第一作者，同济大学物理科学与工程学院施宇智教授、程鑫彬教授为论文共同通讯作者。
