金奈米聚體的光力捕捉之研究及Zilch張量與能量-動量張量之比較

Abstract

本論文分為兩部分：第一部分為研究在布朗運動的熱擾動下，金奈米聚體對聚苯乙烯珠所產生的光力捕捉行為。第二部分為探討Lipkin’s zilch張量與能量-動量張量之關係。 第一部分為研究在布朗運動的熱擾動下，金奈米聚體受高斯光束照射對聚苯乙烯珠所產生的光力捕捉行為，其光力流線場顯示捕捉行為大致可分為兩種：向光側的非接觸模態(noncontact mode)與背光側的接觸模態(contact mode)。於向光側的非接觸模態，單組金球奈米二聚體部分，藉由粒子運動方程式可顯示出光力靜滯點附近之布朗運動擾動情形，可運用能量均分定理(equipartition theorem)，僅需透過光力場即可預估出布朗運動的擾動範圍，適用於簡易判斷靜滯點的光力捕捉能力。進一步，探討一維三聚體陣列，透過較大腰寬之高斯光束抓取，發現向光側非接觸模態隨著結構移動，靜滯點跳躍(step-liked motion)的行為更加明顯，且可透過布朗運動的預估範圍，進而看出此現象是由靜滯點之強弱變化所導致；背光側接觸模態則僅有在接近奈米結構處才有辦法進行抓取，其餘皆會排開，需以小腰寬來進行抓取。 至於Lipkin’s zilch張量與能量-動量張量之關係，首先討論通量部分，以圓偏振光照射奈米結構，比較能量通量(energy flux)即Poynting向量所定義之圓二色性(circular dichroism): 與手徵通量(chirality flux)所定義之圓二色性: 之關聯，結果顯示二者之頻譜分布具有相似性，並發現奈米結構表面之能量通量或手徵通量的面積分值越大時，該奈米結構可產生熱電子的機率也越高。關於3x3應力張量部分，由Maxwell應力張量可得出作用於奈米結構之總光力矩，另由zilch應力張量也可得到自旋角動量轉換力矩，兩力矩之差值可定義為軌道角動量轉換力矩，另外分析近場之軌道動量(orbital momentum)流線，顯示當軌道角動量轉換力矩越大時，結構近場的軌道動量流線呈螺旋纏繞現象越加明顯，意即軌道角動量(orbital angular momentum)越強，顯示兩者有相關。