Science：倏逝電磁場(chǎng)中的光學(xué)Skyrmion點(diǎn)陣晶格

拓?fù)淙毕荩╰opological defect）是一種不能被變幻成標(biāo)準(zhǔn)、平滑形狀的物理場(chǎng)構(gòu)造，是流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、物質(zhì)異物相、宇宙學(xué)和運(yùn)籌學(xué)等諸多物理學(xué)現(xiàn)象的核心，在高能物理到固態(tài)物理等各種物理系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用。Skyrmion是一種典型的拓?fù)淙毕荩洳牧先毕萁Y(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，并且可以由低施加電流加以驅(qū)動(dòng)，已經(jīng)在磁存儲(chǔ)和自旋電子學(xué)等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。

以色列理工學(xué)院的G. Bartal教授及其研究團(tuán)隊(duì)于2018年7月在Science上發(fā)表題為“Optical Skyrmion Lattice in Evanescent Electromagnetic Fields”的全文文章，表明了倏逝電磁場(chǎng)（evanescent electromagnetic field）是產(chǎn)生光學(xué)Skyrmion晶格的一種有效途徑，他們通過(guò)相位分辨的近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡成像技術(shù)所觀測(cè)到的表面等離極化激元（surface plasmon polariton）證明了這一論點(diǎn)。作者還證實(shí)了光學(xué)Skyrmion晶格如何表現(xiàn)出對(duì)缺陷的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而晶格中的拓?fù)洚牨诳梢园l(fā)射連續(xù)調(diào)制，從而將Skyrmion點(diǎn)陣晶格從bubble型空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變到Néel型。這一系列的研究將Skyrmion的產(chǎn)生擴(kuò)展到光子系統(tǒng)，為光信息處理、傳輸和存儲(chǔ)中的應(yīng)用提供了各種可能性。

圖1 通過(guò)對(duì)光學(xué)拓?fù)洚牨诘恼{(diào)諧，Skyrmion點(diǎn)陣晶格由bubble型空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變到Néel型。

圖2 利用neaSNOM近場(chǎng)光學(xué)顯微系統(tǒng)對(duì)Skyrmion點(diǎn)陣晶格的表面等離子激元極化的測(cè)量。

上述研究中的超高分辨散射式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡neaSNOM系統(tǒng)是德國(guó)neaspec公司推出的第三代散射式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（簡(jiǎn)稱(chēng)s-SNOM），其采用了散射式核心設(shè)計(jì)技術(shù)，*地提高了光學(xué)分辨率，并且不依賴(lài)于入射激光的波長(zhǎng)，能夠在可見(jiàn)、紅外和太赫茲光譜范圍內(nèi)，提供優(yōu)于10nm空間分辨率的光譜和近場(chǎng)光學(xué)圖像。由于其高度的可靠性和可重復(fù)性，neaSNOM已成為納米光學(xué)領(lǐng)域熱點(diǎn)研究方向的熱門(mén)科研設(shè)備，在等離基元、納米FTIR和太赫茲等眾多研究方向得到了許多重要科研成果。

圖3 neaspec超高分辨散射式近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡neaSNOM

技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

• 散射式近場(chǎng)光學(xué)測(cè)量技術(shù)
• 高階解調(diào)背景壓縮技術(shù)
• 干涉式近場(chǎng)信號(hào)探測(cè)單元
• 贗外差干涉式探測(cè)技術(shù)
• 反射式光學(xué)系統(tǒng)
• 高穩(wěn)定性的AFM系統(tǒng)雙光束設(shè)計(jì)