声涡旋的非零整数自旋及纵波声学中的自旋-轨道相互作用
流体动力学
2023-09-12 v1 经典物理
摘要
自旋与轨道角动量（AM）在波物理中具有基础意义。声波作为一种典型的纵波，其轨道角动量已被充分研究，但由于其自旋为0的性质，仍被认为在均匀介质中无法携带非零整数自旋角动量或发生自旋-轨道相互作用。本文首次给出了不同边界条件下导波涡旋的自旋、轨道及总角动量的自洽解析计算，揭示涡旋场可携带非零整数自旋角动量。我们还为声波引入了正则-闵可夫斯基角动量与动力学-亚伯拉罕角动量，后者在光学中引发了长期争论，并证明只有前者在相应对称性下守恒。此外，我们给出纵波声学中涡旋自旋-轨道相互作用的理论与实验观测，该现象曾被认为在缺乏自旋自由度的纵波中不可实现。我们的工作为未来导波声波自旋与轨道角动量的研究提供了坚实平台，并可能为基于声涡旋的水下通信与物体操控等应用开辟新维度。
引用
@article{arxiv.2309.04989,
title = {Non-zero Integral Spin of Acoustic Vortices and Spin-orbit Interaction in Longitudinal Acoustics},
author = {Wei Wang and Yang Tan and Jingjing Liu and Bin Liang and Jianchun Cheng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.04989},
year = {2023}
}