Пространственно-временная топология пар плазмонных спин-меронов, выявленная с помощью поляриметрической фотоэмиссионной микроскопии
Одним из наиболее мощных инструментов для изучения плазмонных волн является электронная микроскопия с временным разрешением, которая для наблюдения за волновым поведением использует ультракороткие лазерные импульсы. Недавно международная исследовательская группа существенно расширила границы этого метода. Как сообщается в Advanced Photonics, чтобы захватить полное электрическое поле плазмонных волн, учёные использовали несколько лазерных импульсов с задержкой по времени четырех разных поляризаций. Такой подход позволил достичь ранее невозможного уровня точности. Это исследование показывает, что теперь можно изучать сложные спиновые текстуры с высокой точностью и в чрезвычайно короткие сроки. Способность точно реконструировать полные электрические и магнитные поля поверхностных плазмон-поляритонов открывает новые возможности для изучения топологических свойств ближних электромагнитных полей, что может иметь важные последствия для будущих технологий на наноуровне.
Фото: П. Дреер и др., DOI: 10.1117/1.AP.6.6.066007. Спиновые векторы пары меронов. В отличие от быстро осциллирующих электрических и магнитных полей поверхностного плазмон-поляритона, лежащих в основе этой спиновой текстуры, сама текстура стабильна во времени на протяжении всего времени действия плазмонного импульса. Горизонтальное разделение двух (красных) максимумов составляет примерно половину длины волны поверхностного плазмон-поляритона (390 нм).
Одним из наиболее мощных инструментов для изучения плазмонных волн является электронная микроскопия с временным разрешением, которая для наблюдения за волновым поведением использует ультракороткие лазерные импульсы. Недавно международная исследовательская группа существенно расширила границы этого метода. Как сообщается в Advanced Photonics, чтобы захватить полное электрическое поле плазмонных волн, учёные использовали несколько лазерных импульсов с задержкой по времени четырех разных поляризаций. Такой подход позволил достичь ранее невозможного уровня точности.
Чтобы проверить свою технику, физики исследовали особую текстуру вращения, известную как пара меронов. Мерон — топологическая структура, в которой направление спиновой текстуры охватывает только половину сферы, что отличает ее от других подобных структур, таких как скирмионы, спин которых охватывает всю сферу.
Чтобы восстановить спиновую текстуру на основе эксперимента, исследователям понадобились векторы электрического и магнитного поля поверхностных плазмон-поляритонов. Хотя векторы электрического поля можно было измерить напрямую, векторы магнитного поля нужно было рассчитывать на основе поведения электрического поля во времени и пространстве.
Учёные смогли реконструировать спиновую текстуру и определить ее топологические свойства, такие как число Черна, которое описывает количество раз, когда спиновая текстура отображается на сфере. В этом случае число Черна оказалось равным единице, что указывает на наличие пары меронов. Показано, что спиновая текстура остается стабильной на протяжении всего времени действия плазмонного импульса, несмотря на быстрое вращение векторов электрического и магнитного поля.
Это исследование показывает, что теперь можно изучать сложные спиновые текстуры с высокой точностью и в чрезвычайно короткие сроки. Способность точно реконструировать полные электрические и магнитные поля поверхностных плазмон-поляритонов открывает новые возможности для изучения топологических свойств ближних электромагнитных полей, что может иметь важные последствия для будущих технологий на наноуровне.