深圳大学纳米光子学研究中心杜路平教授、袁小聪教授近日在Nature Physics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，为微纳尺度的光场调控提供了全新的思路。杜路平教授是该文章的第一作者和共同通讯作者，袁小聪教授是共同通讯作者，深圳大学是第一单位和第一通信单位。

“斯格明子”是什么

“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），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。

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。

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。

广阔的应用前景

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。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。

研究成果链接：

https://www.nature.com/articles/s41567-019-0487-7