等离激元自旋斯格明子的超快显微成像
介观与纳米尺度物理
2024-06-19 v1
摘要
我们展示了一项超快显微成像实验，并对一种由表面等离激元极化激元 (SPP) 涡旋核心的类斯格明子自旋纹理构成的新准粒子进行了通用的解析描述。通过圆偏振光 (CPL) 照射在 Ag 薄膜中铣削出的圆形耦合结构，将其自旋角动量 (SAM) 耦合到 SPP 的轨道角动量 (OAM) 中，从而激发形成等离激元涡旋。SPP 偏振在二维界面的摆线运动与其在涡旋核心的轨道旋涡相结合，导致等离激元场产生三维 SAM 赝矢量，其拓扑纹理具有整数斯格明子数，且同伦于边界由光学 L 线奇点轮廓定义的扭曲磁斯格明子准粒子。解析描述发现，Ag/真空界面处的介电不连续性在每一侧支持纠缠的扭曲斯格明子对，其特征是具有相反斯格明子数的稳定拓扑纹理。主涡旋环内的斯格明子对的 SAM 纹理对应于单极子 - 刺猬型 SAM 纹理，且在涡旋核心处存在 SAM 奇点。对 SPP 场纳飞秒时空演化的干涉时间分辨双光子光发射电子显微镜 (ITR-2P-PEEM) 成像以及解析模型的模拟，确立了涡旋核心处扭曲拓扑等离激元 SAM 斯格明子准粒子的存在。SAM 纹理可用于探测和模拟平凡材料与拓扑材料中的拓扑响应，这些材料可与 SPP 涡旋的近场耦合。该理论预测了构建单个斯格明子和类麦伦准粒子及其阵列的不同场结构及伴随的拓扑自旋纹理。
引用
@article{arxiv.1912.03826,
title = {Ultrafast Microscopy of a Plasmonic Spin Skyrmion},
author = {Yanan Dai and Zhikang Zhou and Atreyie Ghosh and Karan Kapoor and Maciej Dąbrowski and Atsushi Kubo and Chen-Bin Huang and Hrvoje Petek},
journal= {arXiv preprint arXiv:1912.03826},
year = {2024}
}
备注
28 pages, 8 figures