拓撲缺陷（topological defect）是種不能被變幻成標(biāo)準(zhǔn)、平滑形狀的物理場構(gòu)造，是流體力學(xué)、空氣動力學(xué)、物質(zhì)異物相、宇宙學(xué)和運籌學(xué)等諸多物理學(xué)現(xiàn)象的核心，在高能物理到固態(tài)物理等各種物理系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用。Skyrmion是種典型的拓撲缺陷，其材料缺陷結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，并且可以由低施加電流加以驅(qū)動，已經(jīng)在磁存儲和自旋電子學(xué)等域顯示出巨大的應(yīng)用前景。

以色列理工學(xué)院的G. Bartal教授及其研究團隊于2018年7月在Science上發(fā)表題為“Optical Skyrmion Lattice in Evanescent Electromagnetic Fields”的全文文章，表明了倏逝電磁場（evanescent electromagnetic field）是產(chǎn)生光學(xué)Skyrmion晶格的種有效途徑，他們通過相位分辨的近場光學(xué)顯微鏡成像技術(shù)所觀測到的表面等離化激元（surface plasmon polariton）證明了這論點。作者還證實了光學(xué)Skyrmion晶格如何表現(xiàn)出對缺陷的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而晶格中的拓撲疇壁可以發(fā)射連續(xù)調(diào)制，從而將Skyrmion點陣晶格從bubble型空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變到Néel型。這系列的研究將Skyrmion的產(chǎn)生擴展到光子系統(tǒng)，為光信息處理、傳輸和存儲中的應(yīng)用提供了各種可能性。

圖1 通過對光學(xué)拓撲疇壁的調(diào)諧，Skyrmion點陣晶格由bubble型空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變到Néel型。

圖2 用neaSNOM近場光學(xué)顯微系統(tǒng)對Skyrmion點陣晶格的表面等離子激元化的測量。

上述研究中的超高分辨散射式近場光學(xué)顯微鏡neaSNOM系統(tǒng)是德國neaspec公司推出的第三代散射式近場光學(xué)顯微鏡（簡稱s-SNOM），其采用了散射式核心設(shè)計技術(shù)，大地提高了光學(xué)分辨率，并且不依賴于入射激光的波長，能夠在可見、紅外和太赫茲光譜范圍內(nèi)，提供于10nm空間分辨率的光譜和近場光學(xué)圖像。由于其高度的可靠性和可重復(fù)性，neaSNOM已成為納米光學(xué)域熱點研究方向的熱門科研設(shè)備，在等離基元、納米FTIR和太赫茲等眾多研究方向得到了許多重要科研成果。

圖3 neaspec超高分辨散射式近場光學(xué)顯微鏡neaSNOM

技術(shù)點和勢：

• 散射式近場光學(xué)測量技術(shù)
• 高階解調(diào)背景壓縮技術(shù)
• 干涉式近場信號探測單元
• 贗外差干涉式探測技術(shù)
• 反射式光學(xué)系統(tǒng)
• 高穩(wěn)定性的AFM系統(tǒng)雙光束設(shè)計