我校纳米光子学研究中心杜路平、袁小聪教授在《Nature Physics》上发表有关“光学斯格明子“方面重大原创研究成果

发布时间:2019-04-16

近日,由我校袁小聪教授领导的宝盈娱乐注册纳米光子学研究中心在“光学斯格明子“方面的研究工作取得了重大原创成果,在Nature出版集团旗下子刊 《Nature Physics》上发表了题为《Deep-subwavelength features of photonic skyrmions in a confined electromagnetic field with orbital angular momentum》的文章。该中心杜路平教授是第一作者和共同通讯作者,英国伦敦国王学院Anatoly. V. Zayats和袁小聪教授是共同通讯作者,宝盈娱乐注册博士生杨爱萍做为主要完成人之一,在宝盈娱乐注册纳米光子学研究中心开展了理论与实验工作,宝盈娱乐注册是该文章的第一单位和第一通讯单位。

“斯格明子(skyrmion)”是一种具有拓扑保护性的准粒子。自1962年由英国物理学家Tony Skyrme提出以来,先后在波色-爱因斯坦凝聚、二维电子气、超导、液晶、手性磁性材料等中被发现。其中,磁斯格明子(magnetic skyrmion),一种由电子自旋-轨道耦合相互作用形成的具有微纳米尺度的电子自旋涡旋结构,近年来受到广泛的关注。由于受到拓扑保护,相比于传统的磁存储基本单元(磁畴),磁斯格明子可以被压缩到更小的尺寸,而且具有更高的稳定性;同时,它可以被很低的电流所驱动,因此,被广泛认为是未来实现高速度,高密度,低能耗磁(自旋)存储器件的基本单元。

作为另一种信息载体,光也具有自旋角动量和轨道角动量。近年来,人们发现,光的自旋和轨道角动量之间的相互耦合能产生出许多与电子类似的物理效应,包括自旋霍尔效应、量子自旋霍尔效应等等。我校纳米光子学研究中心研究团队发现,在光学近场条件下,光的自旋-轨道角动量之间的耦合会形成一种与磁斯格明子相同的光学自旋分布。对于隐失波条件下的光学旋涡光场,其自旋矢量分布呈现一种Neel类型的斯格明子(自旋矢量沿着空间径向方向从向上(或向下)的态逐渐转变为向下(或向上)的态,取决于光学旋涡的旋转方向);而对于紧聚焦条件下的光学旋涡光场,其自旋矢量分布呈现一种Bloch类型的斯格明子(自旋矢量沿着空间角向方向变化)。这是在国际上首次发现并报道了由光学的自旋-轨道耦合形成的光学斯格明子结构。

更有意思的是,在这种光学斯格明子内部,其偏振态呈现剧烈的变化。对于632.8nm的近场光学旋涡光场,其偏振的精细结构的半高宽可以达到10nm以下(<λ/60),远远突破光学的衍射极限(<λ/2)。这种由光的自旋定义的光学超精细结构在亚纳米光学位移传感、光学超分辨显微成像、磁存储、量子技术等领域具有重大应用前景。

该研究成果链接:https://www.nature.com/articles/s41567-019-0487-7

该研究得到国家自然科学基金重大项目(项目号:61490712)、重大仪器项目(项目号:61427819),优秀青年基金项目(项目号:61622504),973项目(项目号:2015CB352004),广东省自然科学基金项目、领军人才项目、特支计划,深圳市孔雀团队项目等资助。

(纳米光子学研究中心 供稿)


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