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本網(wǎng)訊（物理與材料學(xué)院）近日，我校物理與材料學(xué)院于天寶教授團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了可應(yīng)用于光學(xué)精密計(jì)量的光學(xué)拓?fù)錅?zhǔn)粒子團(tuán)簇，相關(guān)成果以“Observation of Moiré Plasmonic Skyrmion Clusters”為題，發(fā)表在Science子刊《Science Advances》上。論文的第一作者為南昌大學(xué)碩士研究生張嵐，物理與材料學(xué)院教師萬(wàn)里鵬博士、鄧偉民副教授、于天寶教授為共同通訊作者，南昌大學(xué)為第一單位及唯一通訊作者單位。

2018年，研究人員首次發(fā)現(xiàn)了光學(xué)斯格明子—光場(chǎng)高階拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)映射到低維空間分布中的“準(zhǔn)粒子”態(tài)。光子不帶電、相互作用弱、難以在納米尺度像電子那樣進(jìn)行精細(xì)約束和調(diào)控。然而，光學(xué)斯格明子這類(lèi)光學(xué)“準(zhǔn)粒子”拓?fù)鋺B(tài)，讓連續(xù)的光波在空間中表現(xiàn)得仿佛一顆顆具有明確位置和結(jié)構(gòu)的“光粒子”。這讓研究人員產(chǎn)生了一個(gè)關(guān)鍵設(shè)想：若能像操控石墨烯那樣，對(duì)這些光學(xué)“準(zhǔn)粒子”進(jìn)行有序編排與精細(xì)調(diào)控，便有望在光學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)類(lèi)似電子體系的可編程集體行為?；谶@一認(rèn)識(shí)及團(tuán)隊(duì)微納光場(chǎng)調(diào)控的研究基礎(chǔ)，在于天寶教授的規(guī)劃和指導(dǎo)下，青年教師萬(wàn)里鵬博士等人自2022年起開(kāi)始系統(tǒng)探索摩爾光學(xué)斯格明子簇的實(shí)現(xiàn)路徑。

團(tuán)隊(duì)研究人員在金薄膜表面蝕刻出兩組相對(duì)扭轉(zhuǎn)的六邊形納米狹縫結(jié)構(gòu)，用以激發(fā)表面等離激元并實(shí)現(xiàn)其干涉疊加，研究發(fā)現(xiàn)金屬表面存在由多個(gè)光學(xué)斯格明子嵌套形成的大型光學(xué)斯格明子簇。這種莫爾結(jié)構(gòu)為電子體系中的物理現(xiàn)象提供了一種光學(xué)類(lèi)比平臺(tái)。更為重要的是，扭轉(zhuǎn)角可以作為微納尺度光場(chǎng)調(diào)控的可編程旋鈕。這些斯格明子簇的拓?fù)鋽?shù)對(duì)該扭曲復(fù)合結(jié)構(gòu)的納米級(jí)位移做出靈敏響應(yīng)，相應(yīng)的拓?fù)滢D(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合納米結(jié)構(gòu)之間的對(duì)準(zhǔn)提供了精確的計(jì)量信標(biāo)。下一步將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，瞄準(zhǔn)半導(dǎo)體制造量測(cè)的“卡脖子”痛點(diǎn)，致力于突破亞波長(zhǎng)光學(xué)測(cè)量精度極限。

近5年來(lái)，于天寶教授課題組在微納光場(chǎng)調(diào)控理論與技術(shù)、高精度光學(xué)計(jì)量技術(shù)開(kāi)發(fā)等方面取得了持續(xù)性突破，相關(guān)成果在Science Advances、Physics Review Letters、Light: Science & Applications等知名期刊上發(fā)表；團(tuán)隊(duì)獨(dú)立斬獲了江西省自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；本工作是納米尺度光場(chǎng)調(diào)控與精密計(jì)量方向上的另一項(xiàng)重要突破。

本研究成果得到國(guó)家自然科學(xué)基金、江西省贛鄱英才計(jì)劃、江西省國(guó)際科技合作項(xiàng)目及江西省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助；支撐該項(xiàng)研究的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)得到了基礎(chǔ)學(xué)科振興計(jì)劃及“雙一流”建設(shè)學(xué)科的支持。

論文鏈接：Observation of moiré plasmonic skyrmion clusters | Science Advances

審核：許航、涂金鳳、朱文芳、王葳