雙折射腔表面二階半斯格米子的自旋結(jié)構(gòu)。圖片來(lái)源：Physics UW, M. Krol

近日，科學(xué)家們演示了如何構(gòu)造光以便其偏振行為像鐵磁中的自旋集合，形成半斯格米子。這里，光被困在兩個(gè)鏡子之間的一個(gè)薄液晶層中。相關(guān)論文刊登于optica。一般來(lái)說(shuō)，斯格米子是作為二維鐵磁體中磁化的基本激發(fā)物被發(fā)現(xiàn)的，但在電磁（光）場(chǎng)中并不自然出現(xiàn)。

在磁性材料中的自旋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，特別是斯格米子態(tài)，引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。斯格米子是由Tony Skyrme設(shè)想出來(lái)與重子有關(guān)的粒子，包括重子與共振態(tài)的疊加。人們發(fā)現(xiàn)在不同的領(lǐng)域（包括在經(jīng)典液體、液晶、玻色-愛因斯坦凝聚、量子霍爾磁體）存在斯格米子。

物理和科學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵概念是“場(chǎng)”，它可以描述一個(gè)物理量的空間分布。例如，幾乎每個(gè)人頭上都有一個(gè)矢量場(chǎng)——每根頭發(fā)都有起點(diǎn)和終點(diǎn)，就像矢量一樣。研究人員表示，在磁學(xué)中，二維磁化矢量場(chǎng)中的基本激發(fā)具有這樣的渦旋形式，并被稱為虛子。沿著這樣一個(gè)漩渦的中心順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，可以觀察到相關(guān)向量可以旋轉(zhuǎn)一次或多次。這一特征的量稱為渦度。

來(lái)自波蘭華沙大學(xué)、英國(guó)南安普頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員演示了如何構(gòu)造光的偏振行為。他們制作了在兩個(gè)近乎完美的鏡子之間制作了一個(gè)薄液晶層，這一層被稱為光學(xué)腔。通過(guò)控制入射光的偏振和液晶分子的方向，他們可以觀察到一級(jí)和二級(jí)的斯格米子和反斯格米子（渦度-2、-1、1和2）。

當(dāng)與光學(xué)響應(yīng)材料結(jié)合時(shí)，該裝置可能允許測(cè)試這些激發(fā)（斯格米子的湮滅、吸引或斥力）在一個(gè)光學(xué)臺(tái)上的行為。研究人員表示，認(rèn)識(shí)這些物體之間相互作用的本質(zhì)可以幫助理解更復(fù)雜系統(tǒng)的物理，但這需要更復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)方法（如超低溫）。

相關(guān)論文信息：http://dx.doi.org/10.1364/OPTICA.414891



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