复杂的麦克斯韦应力张量定理电磁光学力的新景象

利用光的机械作用对物质进行光学操纵是微纳米科学中充满活力的主题之一。2018年诺贝尔物理学奖授予亚瑟·阿什金，以表彰他发明和开发光镊。表示线性和角动量守恒的麦克斯韦应力张量(MST)是电磁力的基石。

当波场以复函数为特征时，MST守恒定律是从产生当前观察到的时间平均洛伦兹力(RLF)和扭矩的实部中获得的。在这种情况下，众所周知，电荷和电流体积V上的RLF由坡印亭动量通量给出，其密度是围绕V的任何轮廓上的麦克斯韦应力张量(RMST)的实部。因此，这RLF可以被认为是流动，以RMST为特征，进入远场中的球体表面，即在V的辐射区域中，因此，它可以被认为是“辐射力”。

在Light:Science&Applications发表的一篇新论文中，来自西班牙CSIC马德里材料科学研究院的ManuelNieto-Vesperinas和来自瞬态光学与光子学国家重点实验室和西安光学所的徐晓豪中国科学院精密机械研究所和中国科学院精密机械研究所已经证明，通过RMST的理论只描述了电磁光学力的一半物理学。

迄今为止被忽略的另一半，以复麦克斯韦应力张量的虚部为特征，与反应(即假想坡印廷)动量的交换有关，并且随着物质光学操纵的进展和扩大其范围并结合反应概念而变得重要.想象中的麦克斯韦应力张量(IMST)在V内和周围建立起来，他们提出的轨道(或规范)动量(ROM)的反应强度;因此，ROM的这种存储有助于他们发现虚洛伦兹力(ILF)和V上的虚扭矩，这也可以被设想为坡印廷动量的反应强度。

这种反作用力ILF在时间平均上是不可观察的，因为它的净值为零，但由于反应动量的交换而瞬时存在，反应动量随时间在波浪和物体之间交替。因此，ILF是一种基本的动态现象，是电磁力和光学力出现所固有的，也与无功功率、无功功和无功螺旋的出现有关。前者多年来一直是射频天线设计领域的知名主力军，最近在微米和纳米天线方面进行了研究。

因此，就像在射频天线设计中旨在减少无功功率和无功功以提高辐射效率一样，本文提出的理论构成了一种作用于ROM和ILF的工具，以优化光学中所需的辐射压力。操纵。因此，表明ILF和ROM相对于标准RLF起对抗作用，因此强ILF和大ROM存储相当于辐射力RLF的损失，反之亦然-反之亦然。这使得ROM和ILF可以间接观察到。

作者指出，复杂的坡印廷定理及其相关的反应量(IPM、反应功和反应能量、复杂的麦克斯韦应力张量定理以及它所传达的反应实体)已经存在了几十年，这有点令人惊讶，但似乎从来没有成立。这可能是由于精确控制光学操作所涉及的实际困难。然而，物质光学处理的快速进步和目前的成熟，现在保证了它们的制定。

从他们的角度来看，这种新颖的场景完成了光科学和经典电动力学中力的解释性全景，例如在粒子和结构化光束照明的设计中，正如它们的辐射功率和发射场螺旋度一样，效率时间平均力，即作用在它们上的RLF，可以通过增强或减弱它来优化。