发现“摩尔图案”等离子体漩涡群

拓扑学持续推动光学物理的革新，为基础研究和技术应用提供了广阔可能。斯格明子作为一种拓扑稳定的准粒子，最初由英国粒子物理学家T. Skyrme在统一场论研究中提出，如今已在玻色-爱因斯坦凝聚体、液晶、磁性材料等多个领域被发现。2018年，科学家提出了实现光学斯格明子晶格的方案，但此前的光学斯格明子多为孤立单元或具有固定对称性和斯格明子数的周期晶格。为实现更高密度的信息存储和更丰富的光子功能，构建包含多个斯格明子拓扑结构的斯格明子簇至关重要。

本文通过等离激元纳米结构的扭曲工程，理论上提出并实验观测到了等离激元斯格明子簇——多个奈尔型等离激元斯格明子嵌套形成大型光学斯格明子簇。研究团队设计了一种扭曲的等离激元平台，在同一薄膜上引入具有相对扭转角的复合纳米结构，激发两组定义明确的横磁导波，通过控制扭转角生成叠加的等离激元电场。理论分析表明，这种莫尔等离激元拓扑场具有深亚波长三维电场特征，其几何相位与角动量紧密耦合，为超分辨成像和精密计量提供了可能。

实验中，研究人员利用散射型近场扫描光学显微镜测量了轴向电场的振幅和相位，验证了莫尔光学斯格明子簇的存在。在公度扭转角（如21.79°和38.21°）下，观察到周期性斯格明子超晶格，每个超胞分别包含1个和3个斯格明子单元；在非公度扭转角（如15°和30°）下，则形成准周期斯格明子排列，兼具长程有序和短程无序特性。通过跟踪小角度扭转下斯格明子的纳米级动态，发现扭转角变化1°可导致斯格明子位移约20纳米，且位移随扭转角的变化呈非线性关系。

此外，研究还发现，在未扭转的复合纳米结构中，横向对准偏差会导致斯格明子数的快速反转，这一拓扑变化可作为复合纳米结构相对对准偏差的精准信标。该研究表明，莫尔工程不仅局限于范德华材料，更是一种在波系统中操控准粒子拓扑的通用策略，有望应用于高维量子信息处理、片上光通信等领域。