Пределы устойчивости оптического захвата прозрачных сферических наночастиц при учете тепловых флуктуаций и вязкого трения

На основе выражений для радиационных сил, действующих на прозрачную сферическую наночастицу в поле сфокусированного гауссова пучка, построено уравнение движения наночастицы вдоль оптической оси в жидкой среде с учетом вязкого сопротивления Стокса и тепловых флуктуаций. Сформулировано уравнение Ланжевена первого порядка с начальным условием. Проведен анализ стационарных точек и линеаризация результирующей силы вблизи положения устойчивого равновесия. Получены аналитические выражения для стационарного распределения координаты частицы и оценен вклад броуновского движения в зависимости от радиуса частицы. Проанализировано влияние фокусного расстояния и входного радиуса пучка на величину максимальной возвращающей силы и среднеквадратичной броуновской силы. Показано, что для частиц радиусом меньше нескольких десятков нанометров тепловые флуктуации разрушают оптический захват.

1. А. А. Афанасьев, Л. С. Гайда, Д. В. Гузатов, А. Н. Рубинов, А. Ч. Свистун. Квант. электрон., 45, № 10 (2015) 904—907

2. A. Ashkin, J. M. Dziedzic, J. E. Bjorkholm, S. Chu. Opt. Lett., 11, N 5 (1986) 288—290, https://doi.org/10.1364/OL.11.000288

3. A. S. Urban, S. Carretero-Palacios, A. A. Lutich, T. Lohmüller, J. Feldmann, F. Jäckel. Nanoscale, 6 (2014) 4458—4474, https://doi.org/10.1039/C3NR06617G

4. K. Svoboda, S. M. Block. Opt. Lett., 19, N 13 (1994) 930—932, https://doi.org/10.1364/OL.19.000930

5. Y. Harada, T. Asakura. Opt. Commun., 124, N 5-6 (1996) 529—541, https://doi.org/10.1016/00304018(95)00753-9

6. P. Zemánek, A. Jonáš, M. Liška. J. Opt. Soc. Am. A, 19, N 5 (2002) 1025—1034, https://doi.org/10.1364/JOSAA.19.001025

7. А. Ч. Свистун, Л. С. Гайда, Е. В. Матук. Журн. прикл. спектр., 86, № 2 (2019) 298—303

8. I. Gaissinski. J. Eng. and Appl. Sci. Technol., 8, N 3 (2026) 1—23, https://doi.org/10.47363/JEAST/2026(8)350

9. А. Ч. Свистун, Э. В. Мусафиров, Д. В. Гузатов, Л. С. Гайда, Е. В. Матук. Журн. прикл. спектр., 92, № 3 (2025) 344—351

10. A. Ch. Svistun, E. V. Musafirov, D. V. Guzatov, L. S. Gaida. Nonlinear Phenomena in Complex Systems, 29, N 1 (2026) 82—91, https://doi.org/10.5281/zenodo.19347222

11. А. Ч. Свистун, Э. В. Мусафиров, Л. С. Гайда, Е. В. Матук. Журн. прикл. спектр., 90, № 4 (2023) 599—605

12. А. Ч. Свистун, Э. В. Мусафиров, Д. В. Гузатов. Журн. прикл. спектр., 91, № 4 (2024) 526—533

13. R. Kuriyama, M. Inoue, D. Arita, K. Tatsumi. J. Appl. Phys., 137, N 12 (2025) 123105, https://doi.org/10.1063/5.0239703

14. А. Н. Рубинов, А. А. Афанасьев, И. Е. Ермолаев, Ю. А. Курочкин, С. Ю. Михневич. Журн. прикл. спектр., 70, № 4 (2003) 502—507

15. R. Li, Yu. Jiao, L. Xiao, H. Tang, B. Wei, Sh. Gong, D. Novitsky, I. V. Minin, O. V. Minin. J. Quant. Spectrosc. and Rad. Transfer, 350 (2026) 109739, https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2025.109739

16. Z.-Q. Yin, A. A. Geraci, T. Li. Int. J. Modern Phys. B, 27, N 26 (2013) 1330018, https://doi.org/10.1142/S0217979213300181

17. W. Xu, Y. Wang, W. Jiao, F. Wang, X. Xu, M. Jiang, H.-P. Ho, G. Wang. Opt. Lett., 44, N 13 (2019) 3226—3229, https://doi.org/10.1364/OL.44.003226

18. S. H. Simpson, S. Hanna. Nanotechnology, 23, N 20 (2012) 205502, https://doi.org/10.1088/09574484/23/20/205502

19. D. V. Novitsky, O. V. Minin, I. V. Minin. J. Exp. and Theor. Phys. Lett., 121 (2025) 883—889, https://doi.org/10.1134/S0021364025606414

20. В. К. Пустовалов, А. Н. Чумаков. Журн. прикл. спектр., 84, № 1 (2017) 84—89

21. N. I. Poliak, V. M. Anishchik, N. G. Valko, C. Karwat, C. Kozak, M. Opielak. Acta Phys. Polonica A, 125, N 6 (2014) 1415—1417, https://doi.org/10.12693/APhysPolA.125.1415

22. N. Valko, W. Evstigneeva, V. Anishchik, P. Okal, T. N. Koltunowicz. Energies, 14, N 16 (2021) 4913, https://doi.org/10.3390/en14164913

23. N. G. Valko, V. G. Hurtavy. Phys. Solid State, 55, N 11 (2013) 2196—2199, https://doi.org/10.1134/S1063783413110292

24. Z. Jiang, Y. Sun, Y. Gao, L. Xu, D. G. Kotsifaki. J. Optics, 26, N 9 (2024) 095301, https://doi.org/10.1088/2040-8986/ad69a0

25. O. Brzobohatý, L. Chvátal, M. Šiler, P. Zemánek. Opt. Express, 28, N 25 (2020) 37700—37707, https://doi.org/10.1364/OE.405839

26. C. Hong, S. Yang, J. C. Ndukaife. Nature Nanotech., 15 (2020) 908—913, https://doi.org/10.1038/s41565-020-0760-z

27. B. Martinez de Aguirre Jokisch, B. F. Gøtzsche, P. T. Kristensen, M. Wubs, O. Sigmund, R. E. Christiansen. ACS Photonics, 11, N 12 (2024) 5118—5127, https://doi.org/10.1021/acsphotonics.4c01060

28. D. A. Shilkin, A. A. Fedyanin. J. Exp. and Theor. Phys. Lett., 115, N 3 (2022) 136—140, https://doi.org/10.1134/S0021364022030092

29. А. А. Афанасьев, Л. С. Гайда, Ю. А. Курочкин, Д. В. Новицкий, А. Ч. Свистун. Квант. электрон., 46, № 10 (2016) 891—894

30. A. Ashkin. Phys. Rev. Lett., 24, N 4 (1970) 156—159, https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.24.156