推动结构光的极限，应用物理学家报告了一种新类型的光涡旋束，它不仅在传播时扭曲，而且在不同部分以不同速率变化，以创造独特的图案。光的行为方式类似于自然界中常见的螺旋形状。
如今可以将光束引导成称为光涡旋的螺旋形状，应用广泛。推动结构光的极限，哈佛大学应用物理学家在约翰·A·保尔森工程与应用科学学院（SEAS）报告了一种新类型的光涡旋束，它不仅在传播时扭曲，而且在不同部分以不同速率变化，以创造独特的图案。光的行为方式类似于自然界中常见的螺旋形状。
研究人员借用经典力学，为他们从未演示过的光涡旋起了个别名“光旋转”（optical rotatum），以描述光的螺旋形状上的扭矩是如何逐渐变化的。在牛顿物理学中，“旋转”（rotatum）是物体随时间变化的扭矩速率。
光旋转是在费德里科·卡帕索（Federico Capasso）的实验室中创造的，他是应用物理学的罗伯特·L·华莱士教授和电气工程的温顿·海斯高级研究员。卡帕索说：“这是光的一种新行为，包含一个光涡旋，它通过空间传播并以不寻常的方式变化。它在操控小物质方面具有潜在的实用性。”这一研究发表在《科学进展》（Science Advances）上。
在一个奇特的转折中，研究人员发现他们的载有轨道角动量的光束以一种数学可识别的模式增长，这种模式在自然界中普遍存在。与菲波那契数列（在《达·芬奇密码》中声名显赫）相呼应，他们的光旋转以对数螺旋传播，这种螺旋在鹦鹉螺的壳、向日葵的种子和树枝上均可见。
第一作者艾哈迈德·多拉（Ahmed Dorrah）表示：“这是本研究的意想不到的亮点之一。”多拉曾是卡帕索实验室的研究助理，现在是埃因霍温科技大学的助理教授。“希望我们能激励其他应用数学专家进一步研究这些光模式，并获得对它们的普遍特征的独特见解。”
该研究的基础是先前的工作，研究小组使用一种超表面，这是一种刻有光折射纳米结构的薄透镜，以创建具有受控偏振和轨道角动量的光束，能够将任何输入的光转换为在移动过程中变化的其他结构。现在，他们为这束光引入了另一个自由度，使他们可以在光传播时改变其空间扭矩。
卡帕索实验室的研究生、该研究的合著者阿方索·帕尔米耶里（Alfonso Palmieri）说：“我们展示了更大的控制灵活性，并且可以做到连续控制。”
这种新型光束的潜在应用包括通过引入一种新的力来控制非常小的粒子，例如悬浮胶体。它也可以使微操纵小物体的光镊更加精确。
虽然其他人使用高强度激光和笨重设备展示了变化扭矩的光，哈佛团队却通过单个液晶显示器和低强度光束制作了他们的光束。通过展示他们能够在一个与行业兼容的集成设备中创建旋转，降低了他们的技术成为现实的门槛。
该论文的合著者包括卡帕索小组的丽莎·李（Lisa Li）。这项研究的联邦资助来自海军科研处的MURI项目，资助号为N00014-20-1-2450，以及空军科学研究办公室，资助号为FA9550-22-1-0243。
