Faites tourner la photonique pour aller de l’avant avec une nouvelle sonde anapole

Les textures de spin topologiques non triviales intriguent dans divers systèmes physiques, allant de la physique des hautes énergies à la physique de la matière condensée. Les skyrmions magnétiques formés par une aimantation tourbillonnante dans des matériaux magnétiques ont des applications potentielles dans le stockage et le transfert d’informations magnétiques à haute densité.

De plus, des analogues photoniques de Skyrmions magnétiques ont été proposés et démontrés récemment sous des formes 2D et 3D. Les caractéristiques de sous-longueur d’onde profonde des structures de spin fournissent de nouveaux outils pour la métrologie optique, y compris la détection de déplacement de haute précision et la surveillance des domaines magnétiques.

Dans un nouvel article publié dans Lumière : science et applications, une équipe de scientifiques dirigée par les professeurs Luping Du et Xiaocong Yuan de l’Université de Shenzhen ont développé une sonde anapolaire unique pour mesurer les structures de spin photonique dominées par les champs magnétiques. Leur article, « Mesurer la structure de spin topologique magnétique de la lumière à l’aide d’une sonde anapolaire », a indiqué que les méthodes qu’ils proposent pourraient être utiles pour faire progresser la photonique de spin.

Les structures lumineuses précédentes de Skyrmion ont été observées dans des polaritons de plasmon de surface avec des champs électriques dominant leurs propriétés ondulatoires. De nombreuses approches ont été proposées pour cartographier les distributions de champ électrique en champ proche, notamment l’imagerie par fluorescence, la microscopie électronique à photoémission et la microscopie optique à balayage en champ proche (NSOM) avec des sondes à fibres ou des nanodiffusions.

En plus de la partie électrique en spin optique, la partie magnétique est essentielle pour les modes transverses électriques (TE) (ondes de type H). Bien que plusieurs techniques de cartographie en champ proche aient été développées pour caractériser les champs magnétiques, soit en utilisant une sonde NSOM avec un sommet spécifique, soit des nanoparticules à indice de réfraction élevé, elles succombent aux influences inévitables du champ électrique.

Cela affecterait les propriétés vectorielles du champ magnétique mesuré et nuirait à la robustesse du système dans la caractérisation des propriétés de spin topologiques associées aux champs magnétiques. Le mode anapole des nanoparticules avec une réponse de champ magnétique pur pourrait être une excellente solution. Il a beaucoup attiré l’attention sur l’optique en champ proche et la nano-optique.

Les chercheurs ont proposé une sonde magnétique unique avec un mode anapolaire (ci-après dénommée la sonde anapolaire). Cela aiderait à mesurer les structures de spin topologiques des ondes évanescentes gouvernées par les champs magnétiques. La sonde comprend une nanosphère à noyau Ag et à coque Si, pour laquelle les modes dipôle électrique excité et dipôle toroïdal subissent des interférences destructrices.

L’anapole forme le mode anapole et supprime le rayonnement diffusé causé par les champs électriques. Ce mode anapolaire se superpose à une forte résonance magnétique dipolaire, ce qui garantit une grande efficacité de détection du champ magnétique.

Un système de balayage en champ proche construit à la maison utilisant la sonde anapole a été assemblé et avec lequel les structures de spin topologiques magnétiques du mode TE ont été caractérisées pour la première fois, y compris les Skyrmions photoniques individuels et les réseaux Skyrmion/Meron.

Avec une sensibilité et une précision élevées, la méthode proposée peut devenir un outil précieux pour étudier les processus physiques sous-jacents liés aux composantes du champ magnétique de la lumière et faciliter le développement d’applications, notamment le stockage de données, la métrologie, les pincettes optiques et la nanoscopie chirale.