Science：倏逝电磁场中的光学Skyrmion点阵晶格

发布日期：2019-12-09

    拓扑缺陷（topological defect）是一种不能被变幻成标准、平滑形状的物理场构造，是流体力学、空气动力学、物质异物相、宇宙学和运筹学等诸多物理学现象的核心，在高能物理到固态物理等各种物理系统中起着关键的作用。Skyrmion是一种典型的拓扑缺陷，其材料缺陷结构非常稳定，并且可以由低施加电流加以驱动，已经在磁存储和自旋电子学等领域显示出巨大的应用前景。

    以色列理工学院的G. Bartal教授及其研究团队于2018年7月在Science上发表题为“Optical Skyrmion Lattice in Evanescent Electromagnetic Fields”的全文文章，表明了倏逝电磁场（evanescent electromagnetic field）是产生光学Skyrmion晶格的一种有效途径，他们通过相位分辨的近场光学显微镜成像技术所观测到的表面等离极化激元（surface plasmon polariton）证明了这一论点。作者还证实了光学Skyrmion晶格如何表现出对缺陷的结构稳定性，而晶格中的拓扑畴壁可以发射连续调制，从而将Skyrmion点阵晶格从bubble型空间结构转变到Néel型。这一系列的研究将Skyrmion的产生扩展到光子系统，为光信息处理、传输和存储中的应用提供了各种可能性。

图1 通过对光学拓扑畴壁的调谐，Skyrmion点阵晶格由bubble型空间结构转变到Néel型。

图2 利用neaSNOM近场光学显微系统对Skyrmion点阵晶格的表面等离子激元极化的测量。

    上述研究中的超高分辨散射式近场光学显微镜neaSNOM系统是德国neaspec公司推出的第三代散射式近场光学显微镜（简称s-SNOM），其采用了化的散射式核心设计技术，地提高了光学分辨率，并且不依赖于入射激光的波长，能够在可见、红外和太赫兹光谱范围内，提供优于10nm空间分辨率的光谱和近场光学图像。由于其高度的可靠性和可重复性，neaSNOM已成为纳米光学领域热点研究方向的优选科研设备，在等离基元、纳米FTIR和太赫兹等众多研究方向得到了许多重要科研成果。

图3 neaspec超高分辨散射式近场光学显微镜neaSNOM

技术特点和优势：

• 保护的散射式近场光学测量技术

• 的高阶解调背景压缩技术

• 保护的干涉式近场信号探测单元

• 的赝外差干涉式探测技术

• 保护的反射式光学系统

• 高稳定性的AFM系统双光束设计