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深大在国际上首次发现新光学斯格明子结构

深大在国际上首次发现新光学斯格明子结构

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记者昨天从深圳大学获悉:该校纳米光子学研究中心杜路平教授、袁小聪教授近日在Nature Physics期刊上发表了重要原创性成果,在国际上首次报道了由光的自旋-轨道耦合产生的“光学斯格明子”结构,在显微成像和磁存储等多领域有广阔应用前景。

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深大在国际上首次发现新光学斯格明子结构

在显微成像和磁存储等领域有广阔应用前景

深圳特区报4月19日讯  记者昨天从深圳大学获悉:该校纳米光子学研究中心杜路平教授、袁小聪教授近日在Nature Physics期刊上发表了重要原创性成果,在国际上首次报道了由光的自旋-轨道耦合产生的“光学斯格明子”结构,在显微成像和磁存储等多领域有广阔应用前景。


什么是“斯格明子”?据介绍,“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)是一种由电子自旋-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。


什么是“光学斯格明子”?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。


深圳大学杜路平、袁小聪教授研究团队发现,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;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。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。


据了解,光学斯格明子的发现为微纳尺度的光场调控提供了全新的思路,并且具有广阔的应用前景。研究发现,在这种光学斯格明子内部,其偏振态呈现剧烈的变化。对于可见光波段的近场光学旋涡光场,其偏振的精细结构半高宽可以达到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。


深圳大学纳米光子学研究中心由袁小聪教授领导,创建于2013年,致力于超分辨显微成像和超灵敏度传感、轨道角动量光通信与光互联、光学微细加工和纳米光子及光电器件等方面的研究。研究团队目前拥有包括教育部长江学者、英国皇家工程学院院士、教育部新世纪优秀人才等在内的15位优秀中青年教师,承担各级重大科研项目30余项。(记者 马璇)


[责任编辑:曹园芳]