近日，暨南大学光子技术院邓子岚教授、李向平教授等与纽约市立大学的Andrea Alù教授合作，在超构表面光场调控研究中取得重要进展，他们通过空间卷曲超构基元结构，构建了具有任意形态特性的局域表面等离激元斯格明子，为开发新型电磁场拓扑态、拓扑超构表面等提供了契机。相关成果以“Observation of localized magnetic plasmon skyrmions”为题，发表于《Nature Communications》上。、

斯格明子（Skyrmion）是一种局域在二维平面的三维拓扑矢量场，它存在于基本粒子、玻色爱因斯坦凝聚态、向列相液晶、手性磁铁等多种物理体系。斯格明子具有多种形式，包括初级斯格明子（Elementary Skyrmion）、 嵌套斯格明子（skyrmionium），半子（Meron），Target斯格明子（Target Skyrmion）等，它们分别具有整数或半整数的拓扑荷（Skyrmion number）。斯格明子作为一种具有拓扑特性的准粒子，有望成为具有高速度、高密度特点的高效信息载体，对下一代信息处理、存储、传输技术革新具有重要意义。近年来，人们进一步在光学领域发现了斯格明子，通过表面波多光束干涉、特殊矢量光束激发涡旋表面波等复杂光场重构方式，在实验上首次实现了基于电场矢量[Science361(6406), 993-996 (2018)]、自旋态矢量[Nat. Phys. 15(7), 650-654 (2019)]的表面等离激元斯格明子，为光场/电磁场调控提供了新型拓扑态自由度。然而，基于光场重构方式构建的光学表面波斯格明子强烈依赖于特定的外部激发方式；仅能在单一频率上实现规则形态的斯格明子；且其产生装置庞大、难以实现按需操控。

本研究工作基于空间卷曲超构基元设计并实现了任意形态的局域表面等离激元斯格明子。该斯格明子基于超构基元的本征模式，偏振态与强度分布均处于深度亚波长范围，无需以往依赖的特定外场激发，产生方式更为简单易行。首次展示了等距梳状频率分布、任意形态的多阶Target斯格明子，为按需设计拓扑电磁场开辟了新途径。超构基元可以进一步排列成一定形式的阵列结构，为设计新型光场调控超构表面提供了新载体。

暨南大学邓子岚教授、李向平教授和纽约市立大学Andrea Alù教授为论文的共同通讯作者，邓子岚教授为第一作者，暨南大学是第一单位和第一通信单位。

来源：光子技术研究院

南方号编辑：林千禧