近日，暨南大学物理与光电工程学院（理工学院）王思聪/李向平教授团队在国际著名期刊Physical Review Letters上发表题为“Topological Structures of Energy Flow: Poynting Vector Skyrmions”的最新研究成果，王思聪副研究员为论文第一作者，李向平教授为论文通讯作者，该工作由暨南大学独立完成。

 斯格明子（Skyrmion），最早在高能物理中被提出，是由英国物理学家Tony Skyrme于1962年在理论上通过求解非线性Sigma模型所得出的非平庸经典解，是一种拓扑孤立子。目前，斯格明子已被证明广泛存在于玻色-爱因斯坦凝聚体、向列型液晶以及手性磁材料等诸多体系中。斯格明子独特的矢量纹理结构（例如Néel型、Bloch型以及Anti型等）赋予其强烈的拓扑稳定性。基于此特性，磁斯格明子已被认为是未来高速度、高密度、低能耗存储器件的信息载体。近年来，光学斯格明子被人们所提出，其中电磁场矢量斯格明子、光子自旋矢量斯格明子、斯托克斯矢量斯格明子得到了广泛研究，并被应用于皮米级位移测量与信息传输。光学斯格明子正不断拓展拓扑光学视野，并得到实际应用。

图1.利用柱矢量涡旋光束在4π聚焦系统中产生光学能流斯格明子

 区别于现有光学电磁场和光子自旋矢量斯格明子，该工作首次构造产生了光学能流斯格明子，以坡印廷矢量为拓扑纹理单元，实现Néel-Bloch-Néel型的拓扑结构转换以及特定区域内斯格明子拓扑不变量的调控，拓展了光学斯格明子的物理量拓扑范畴，并为光学斯格明子的拓扑特性调控提供了新方法。如图1所示，研究团队利用柱矢量涡旋光束在4π聚焦系统中构造产生了光学能流斯格明子，即坡印廷矢量光学斯格明子。由于相向入射的柱矢量涡旋光束偏振态相对于聚焦系统焦平面具有非镜面对称性，其聚焦场的横向分量与纵向分量分别以行波和驻波的模式存在于聚焦空间中。基于这种横向分量的行波模式，聚焦电磁场的径向分量与旋向分量的相位奇点在光的传播方向上交替出现，进而相应使得坡印廷矢量的径向分量与旋向分量交替出现，即实现了Néel-Bloch-Néel型的斯格明子矢量纹理转化。进一步，该工作对入射柱矢量涡旋光束进行振幅调制，通过调节聚焦场低空间频谱分量与高空间频谱分量的占比，实现了在特定区域内斯格明子拓扑不变量的调控。

 该研究工作得到了国家重点研发计划（项目编号：2021YFB2802003）和国家自然科学基金（项目编号：62375109）等项目的资助。

作者简介

暨南大学王思聪副研究员长期致力于矢量光场调控及大容量光存储方向的研究，在Physical Review Letters, Light: Science & Applications, Opto-Electronic Advances等期刊发表论文20余篇，主持国家自然科学基金面上项目2项、青年项目1项、广东省自然科学基金面上项目2项。

暨南大学李向平教授主要从事纳米光学、超构表面、激光加工及光存储方面研究，主持、参与国家级和省部级科研项目10余项，发表SCI收录论文150余篇，总他引8000余次，H因子47。

原文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.073802