米尔共振纳米粒子在光学 tweezers 中的跳跃与轨道运动

光学 tweezers 已成为测量微观和纳米尺度局部环境参数的强大工具。光学陷阱中粒子的运动本身就成为测量局部粘度、温度以及外部场的探针。然而，诱导出的复杂粒子运动（如跳跃或轨道）传统上依赖于复杂的光学陷阱结构，这在特定环境（如活体物质）中存在局限性。本文我们通过实验演示了在由单个高斯光束形成的光学陷阱中， polarization-dependent 的跳跃与轨道运动。这种新现象在光程长约为 $\lambda/3$ 的亚波长粒子中观察到，其中 $\lambda$ 为捕获光束的波长。我们的理论分析表明，跳跃与轨道运动源于激发更高阶的米尔共振。较小的粒子受偶极光力约束，仍停留在光束中心；而较大的粒子受四极光力影响，表现出更复杂的行为。在线性偏振光照照下，较大的粒子显示出双稳态行为，即在两个稳定位置之间跳跃。而在圆偏振光照照下，被捕获的粒子围绕光束中心轨道运动，揭示了光-induced 的自旋动量向轨道动量的能量转换。实验轨迹分析显示跳跃率和角速度随功率可调。我们讨论了 VO$_2$ 单斜相-锐相变对所观察现象的影响。我们的结果为实现单束光学 tweezers 中的复杂粒子行为提供了稳健可靠的方法。这将增强通过光力对局部环境参数（如细胞内的粘度和温度）测量的灵敏度。