Нанофотонные квантовые скирмионы, создаваемые квантовой электродинамикой полупроводниковых резонаторов
Учёные из Университета Сунь Ятсена и Тяньцзиньского университета сообщили о первой экспериментальной реализации однофотонных квантовых скирмионов в системе квантовой электродинамики с резонатором полупроводника. Статья, опубликованная в журнале Nature Physics, может открыть новые возможности для изучения квантовых взаимодействий света с материей, а также внести вклад в развитие фотонных квантовых устройств.
Рис. 1. Однофотонные скирмионы, испускаемые квантовой точкой, связанной с гауссовой микрополостью. Источник: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02973-y
Работа была мотивирована давней проблемой реализации топологических фотонных структур, в частности скирмионов, на квантовом уровне. Хотя оптические скирмионы были продемонстрированы в классической оптике с использованием объёмных установок, их создание с помощью одиночных фотонов на платформе масштаба кристалла оставалось открытой проблемой. Физики стремились преодолеть этот пробел, используя квантовую электродинамику твердотельных резонаторов с искусственной спин-орбитальной связью для генерации однофотонных скирмионов.
Рис.2. Профили поляризации однофотонных скирмионов, усиленных резонатором. Источник: Nature Physics (2025). DOI: 10.1038/s41567-025-02973-y
Учёные спроектировали и изготовили полупроводниково-диэлектрический гауссов микрорезонатор с сильной фотонной спин-орбитальной связью, который поддерживает скирмионные моды резонатора. Эти моды представляют собой тщательно спроектированные суперпозиции состояний Лагерра-Гаусса, которые несут орбитальный угловой момент, необходимый для формирования скирмионов. Внедрив одну квантовую точку InAs в центр этой полости под действием магнитных полей, удалось выборочно связать излучение точки с круговой поляризацией с определёнными модами полости и генерировать одиночные фотоны, состояния поляризации которых формируют скирмионные текстуры.
