近日，由我校袁小聰教授領導的深圳大學納米光子學研究中心在“光學斯格明子“方面的研究工作取得了重大原創成果，在Nature出版集團旗下子刊 《Nature Physics》上發表了題為《Deep-subwavelength features of photonic skyrmions in a confined electromagnetic field with orbital angular momentum》的文章。該中心杜路平教授是第一作者和共同通訊作者，英國倫敦國王學院Anatoly. V. Zayats和袁小聰教授是共同通訊作者，深圳大學博士生楊愛萍做為主要完成人之一，在深圳大學納米光子學研究中心開展了理論與實驗工作，深圳大學是該文章的第一單位和第一通訊單位。

“斯格明子(skyrmion)”是一種具有拓撲保護性的準粒子。自1962年由英國物理學家Tony Skyrme提出以來，先后在波色-愛因斯坦凝聚、二維電子氣、超導、液晶、手性磁性材料等中被發現。其中，磁斯格明子(magnetic skyrmion)，一種由電子自旋-軌道耦合相互作用形成的具有微納米尺度的電子自旋渦旋結構，近年來受到廣泛的關注。由于受到拓撲保護，相比于傳統的磁存儲基本單元（磁疇），磁斯格明子可以被壓縮到更小的尺寸，而且具有更高的穩定性；同時，它可以被很低的電流所驅動，因此，被廣泛認為是未來實現高速度，高密度，低能耗磁（自旋）存儲器件的基本單元。

作為另一種信息載體，光也具有自旋角動量和軌道角動量。近年來，人們發現，光的自旋和軌道角動量之間的相互耦合能產生出許多與電子類似的物理效應，包括自旋霍爾效應、量子自旋霍爾效應等等。我校納米光子學研究中心研究團隊發現，在光學近場條件下，光的自旋-軌道角動量之間的耦合會形成一種與磁斯格明子相同的光學自旋分布。對于隱失波條件下的光學旋渦光場，其自旋矢量分布呈現一種Neel類型的斯格明子（自旋矢量沿著空間徑向方向從向上（或向下）的態逐漸轉變為向下（或向上）的態，取決于光學旋渦的旋轉方向）；而對于緊聚焦條件下的光學旋渦光場，其自旋矢量分布呈現一種Bloch類型的斯格明子（自旋矢量沿著空間角向方向變化）。這是在國際上首次發現并報道了由光學的自旋-軌道耦合形成的光學斯格明子結構。

更有意思的是，在這種光學斯格明子內部，其偏振態呈現劇烈的變化。對于632.8nm的近場光學旋渦光場，其偏振的精細結構的半高寬可以達到10nm以下（< λ/60），遠遠突破光學的衍射極限（<λ/2）。這種由光的自旋定義的光學超精細結構在亞納米光學位移傳感、光學超分辨顯微成像、磁存儲、量子技術等領域具有重大應用前景。

該研究成果鏈接：https://www.nature.com/articles/s41567-019-0487-7

該研究得到國家自然科學基金重大項目（項目號：61490712）、重大儀器項目（項目號：61427819），優秀青年基金項目（項目號：61622504），973項目（項目號：2015CB352004），廣東省自然科學基金項目、領軍人才項目、特支計劃，深圳市孔雀團隊項目等資助。

（納米光子學研究中心 供稿）