使用各向异性超表面的低功率光阱：非对称势垒与宽带响应

我们提出利用线偏振高斯光束照射定制的各向异性和双曲超表面来实现瑞利粒子的光捕获。该平台允许在光束轴上构建光阱，其响应由光散射过程中超受限表面等离激元定向激发所产生的非保守力和巨大反作用力主导。与在块体金属上设置的光阱相比，所提出的光阱具有宽带特性，即可用该超表面支持表面等离激元的宽频率范围内任意频率的光束来设置。在该范围内，超表面经历从各向异性椭圆到双曲态的拓扑转变，并实现具有显著空间非对称势分布的光阱、由激发等离激元动量失衡引起的局域势垒，以及增强的势阱深度，从而可使用低强度激光束稳定捕获纳米颗粒。为研究该平台性能，我们基于瑞利近似下的洛伦兹力结合各向异性格林函数发展了严格形式体系，并利用亥姆霍兹-霍奇分解法计算非保守力的捕获势。通过纳米结构化薄金属层通常实现的定制各向异性和双曲超表面，能够使用可见光或红外波段低强度激光源在纳米尺度捕获和操控粒子，并可能在生物工程、物理和化学中实现广泛应用。