Science：倏逝電磁場中的光學Skyrmion點陣晶格

拓撲缺陷（topological defect）是種不能被變幻成標準、平滑形狀的物理場構造，是流體力學、空氣動力學、物質異物相、宇宙學和運籌學等諸多物理學現象的核心，在高能物理到固態物理等各種物理系統中起著關鍵的作用。Skyrmion是種典型的拓撲缺陷，其材料缺陷結構非常穩定，并且可以由低施加電流加以驅動，已經在磁存儲和自旋電子學等域顯示出巨大的應用前景。

以色列理工學院的G. Bartal教授及其研究團隊于2018年7月在Science上發表題為“Optical Skyrmion Lattice in Evanescent Electromagnetic Fields”的全文文章，表明了倏逝電磁場（evanescent electromagnetic field）是產生光學Skyrmion晶格的種有效途徑，他們通過相位分辨的近場光學顯微鏡成像技術所觀測到的表面等離化激元（surface plasmon polariton）證明了這論點。作者還證實了光學Skyrmion晶格如何表現出對缺陷的結構穩定性，而晶格中的拓撲疇壁可以發射連續調制，從而將Skyrmion點陣晶格從bubble型空間結構轉變到Néel型。這系列的研究將Skyrmion的產生擴展到光子系統，為光信息處理、傳輸和存儲中的應用提供了各種可能性。

圖1 通過對光學拓撲疇壁的調諧，Skyrmion點陣晶格由bubble型空間結構轉變到Néel型。

圖2 用neaSNOM近場光學顯微系統對Skyrmion點陣晶格的表面等離子激元化的測量。

上述研究中的超高分辨散射式近場光學顯微鏡neaSNOM系統是德國neaspec公司推出的第三代散射式近場光學顯微鏡（簡稱s-SNOM），其采用了散射式核心設計技術，大地提高了光學分辨率，并且不依賴于入射激光的波長，能夠在可見、紅外和太赫茲光譜范圍內，提供于10nm空間分辨率的光譜和近場光學圖像。由于其高度的可靠性和可重復性，neaSNOM已成為納米光學域熱點研究方向的熱門科研設備，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光學顯微鏡neaSNOM

技術點和勢：

• 散射式近場光學測量技術
• 高階解調背景壓縮技術
• 干涉式近場信號探測單元
• 贗外差干涉式探測技術
• 反射式光學系統
• 高穩定性的AFM系統雙光束設計