近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院席錚特任教授團(tuán)隊(duì)在拓?fù)涔鈭?chǎng)研究方面取得重要進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)揭示并驗(yàn)證，在一般聚焦光場(chǎng)中，無(wú)需外加結(jié)構(gòu)光設(shè)計(jì)，即可自發(fā)形成一種半斯格明子式光學(xué)自旋紋理。該自旋紋理在退相干、退偏振以及空間無(wú)序等噪聲擾動(dòng)下仍表現(xiàn)出顯著魯棒性，為抗擾動(dòng)拓?fù)涔鈭?chǎng)的生成與應(yīng)用提供了新路徑。相關(guān)成果以“Intrinsic Meron Spin Textures in Generic Focused Fields”為題，發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）。
拓?fù)浼y理因其獨(dú)特的拓?fù)浔Ｗo(hù)特性，在多種物理體系備受關(guān)注。近年來(lái)，光學(xué)領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)多類(lèi)拓?fù)渥孕y理，但大多依賴(lài)精細(xì)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)光場(chǎng)和復(fù)雜調(diào)控條件。這與磁性體系中拓?fù)浼ぐl(fā)?？捎蓛?nèi)稟相互作用自然產(chǎn)生形成鮮明對(duì)比，也提出了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：在光學(xué)系統(tǒng)中，是否也存在一種無(wú)需外部精密工程、能夠自然涌現(xiàn)的內(nèi)稟拓?fù)浼y理。
圖一：不同入射光場(chǎng)擾動(dòng)條件下的內(nèi)稟自旋紋理結(jié)構(gòu)。
針對(duì)這一問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，聚焦過(guò)程本身即可自發(fā)產(chǎn)生半子自旋紋理。與依賴(lài)外加結(jié)構(gòu)光的方案不同，這一內(nèi)稟結(jié)構(gòu)生成更簡(jiǎn)單、抗干擾能力更強(qiáng)，即使在入射光偏振、幅度、相位存在強(qiáng)隨機(jī)擾動(dòng)的條件下，仍可穩(wěn)定存在。研究進(jìn)一步揭示，該結(jié)構(gòu)魯棒性來(lái)源于焦場(chǎng)中天然存在的相位渦旋所帶來(lái)的拓?fù)浔Ｗo(hù)，擾動(dòng)通常只會(huì)引起渦旋位置連續(xù)漂移，而難以破壞紋理的關(guān)鍵拓?fù)涮卣鳌?/p>
該工作表明，在光學(xué)中并非只能通過(guò)精細(xì)“雕刻”光場(chǎng)來(lái)獲得拓?fù)浼y理，聚焦這一常見(jiàn)光學(xué)過(guò)程本身就蘊(yùn)含著可自發(fā)生成的穩(wěn)定拓?fù)渥孕Y(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)為在噪聲與無(wú)序環(huán)境下生成和操控拓?fù)涔鈭?chǎng)提供了新途徑，也為抗擾動(dòng)拓?fù)涔庾訉W(xué)和光子信息處理提供了新的研究思路。
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院博士生劉迪為該論文第一作者，共同作者還有博士生劉韓。席錚特任教授為該論文通訊作者。該研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目支持。
論文鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/t558-4gfd
（物理學(xué)院、科研部）
