Spin Photonics avanza con la nueva sonda Anapole

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CRÉDITO
por Fanfei Meng, Aiping Yang, Kang Du, Fengyang Jia, Xinrui Lei, Ting Mei, Luping Du y Xiaocong Yuan

Abstracto:
Las texturas topológicas de espín no triviales son intrigantes en varios sistemas físicos, que van desde la física de alta energía hasta la física de la materia condensada. Los Skyrmions magnéticos formados por una magnetización giratoria en materiales magnéticos tienen aplicaciones potenciales en el almacenamiento y la transferencia de información magnética de alta densidad. Además, los análogos fotónicos de Skyrmions magnéticos se propusieron y demostraron recientemente en formas 2D y 3D. Las características de sublongitud de onda profunda de las estructuras de espín proporcionan herramientas novedosas para la metrología óptica, incluida la detección de desplazamiento de alta precisión y el control de dominios magnéticos.

Spin photonics para avanzar con la nueva sonda anapole

Changchún, China | Publicado el 4 de noviembre de 2022

En un nuevo artículo publicado en Light Science & Applications, un equipo de científicos dirigido por los profesores Luping Du y Xiaocong Yuan de la Universidad de Shenzhen ha desarrollado una sonda anapolar única para medir las estructuras de espín fotónico dominadas por campos magnéticos. Su artículo, "Medir la estructura de espín topológico magnético de la luz usando una sonda anapolar", indicó que los métodos propuestos podrían ser valiosos para avanzar en la fotónica de espín.

Las estructuras de luz anteriores de Skyrmion se observaron en polaritones de plasmones superficiales con campos eléctricos dominando sus propiedades de onda. Se han propuesto muchos enfoques para mapear las distribuciones del campo eléctrico en el campo cercano, incluidas las imágenes de fluorescencia, la microscopía electrónica de fotoemisión y la microscopía óptica de barrido de campo cercano (NSOM) con sondas de fibra o nanodispersiones.

Además de la parte eléctrica en el espín óptico, la parte magnética es fundamental para los modos eléctricos transversales (TE) (ondas tipo H). Aunque se han desarrollado varias técnicas de mapeo de campo cercano para caracterizar los campos magnéticos, ya sea utilizando una sonda NSOM con vértice específico o nanopartículas de alto índice de refracción, sucumben a las influencias inevitables del campo eléctrico. Afectaría las propiedades vectoriales del campo magnético medido y perjudicaría la robustez del sistema en la caracterización de las propiedades topológicas de espín asociadas con los campos magnéticos. El modo anapolo de nanopartículas con respuesta de campo magnético puro podría ser una gran solución. Ha llamado mucho la atención la óptica de campo cercano y la nano-óptica.

Los investigadores propusieron una sonda magnética única con un modo anapolo (en lo sucesivo denominada sonda anapolo). Ayudaría a medir las estructuras topológicas de espín de ondas evanescentes gobernadas por campos magnéticos. La sonda consta de una nanoesfera de núcleo de Ag y capa de Si, en la que los modos dipolo eléctrico excitado y dipolo toroidal experimentan una interferencia destructiva. El anapolo forma el modo anapolo y suprime la radiación dispersada causada por campos eléctricos. Este modo anapolar se superpone con una fuerte resonancia dipolar magnética, lo que garantiza una alta eficiencia de detección del campo magnético.

Se montó un sistema de exploración de campo cercano construido en casa que utilizaba la sonda anapole y con el que se caracterizaron por primera vez las estructuras de espín topológico magnético del modo TE, incluidos los Skyrmions fotónicos individuales y las redes Skyrmion/Meron. Con alta sensibilidad y precisión, el método propuesto puede convertirse en una herramienta valiosa para estudiar los procesos físicos subyacentes relacionados con los componentes del campo magnético de la luz y facilitar el desarrollo de aplicaciones, incluido el almacenamiento de datos, metrología, pinzas ópticas y nanoscopia quiral.

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