Lateral recoil optical forces on nanoparticles near nonreciprocal surfaces

反冲 物理 等离子体子 光学力 极化(电化学) 动量(技术分析) 光学镊子 压力梯度力 瑞利散射 光学 原子物理学 化学 财务 物理化学 经济
作者
N. K. Paul,J. S. Gómez‐Díaz
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:107 (3) 被引量:7
标识
DOI:10.1103/physrevb.107.035417
摘要

We investigate lateral recoil forces exerted on nanoparticles located near plasmonic platforms with in-plane nonreciprocal response. To this purpose, we first develop a comprehensive theoretical framework based on the Lorentz force within the Rayleigh approximation combined with nonreciprocal Green's functions and then derive approximate analytical expressions to model lateral recoil forces, demonstrating their explicit dependence on the dispersion relation of the system and unveiling the mechanisms that govern them. In particular, a dominant lateral recoil force component appears due to the momentum imbalance of nonreciprocal surface plasmons supported by the platform. This force can be orders of magnitude larger than other recoil force components, acts only along or against the direction of the external bias, and is quasi-independent of the direction, polarization, and wavelength of the incident plane wave. Lateral recoil forces are explored using drift-biased graphene metasurfaces, a platform that is also proposed to sort nanoparticles as a function of their size. Nonreciprocal plasmonic systems may enable new venues to trap, bind, and manipulate nanoparticles and to alleviate some of the challenges of conventional optical tweezers.

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