德国科学家通过巧妙操控激光束与纳米蚀刻图案的相互作用，在金属表面打造了光“斯格明子袋”——一种复杂的类似涡旋的结构。

这一不同寻常的成就不仅为光学物理带来了惊喜，而且预示着未来技术有望突破现有显微镜的极限。

斯格明子光袋：一项新的突破

“我们的研究成果为新兴的天体离子研究领域增添了新的一页，”斯图加特大学第四物理研究所所长哈拉尔德·吉森教授宣称，他的团队已经取得了重大突破。研究人员已经证明了在金属表面可以用光形成“天体离子袋”。

探索光的涡旋结构

斯格明子（Skyrmions）是漩涡状结构的数学模型，有助于科学家理解基本物理相互作用。斯格明子起初是一个理论概念，但随后人们已在包括磁性材料和表面在内的各种系统中观察到斯格明子。吉森（Giessen）的团队探究了光与结构精确的金表面相互作用时是否也能形成斯格明子状图案。

他们的目标是创建斯格明子袋，即一种将若干较小斯格明子容纳在较大斯格明子内的结构。为实现这一目标，他们在一块薄金膜上蚀刻了两个扭曲六边形组成的复杂凹槽。每个六边形都充当生成斯格明子状光场的发生器。

通过表面设计制造斯格明子袋

“然后我们观察了两个斯格明子光场的叠加，斯格明子囊泡就是由此形成的，”该研究的主要作者、吉森团队中的博士生朱利安·施瓦布解释道。更令人印象深刻的是，研究团队发现，通过调整两个光场相互扭转的程度，他们能够控制每个囊泡内形成多少斯格明子。这意味着他们能够精确地将光场塑造成复杂的图案，而这些图案在自然界中是不会自然出现的。

为了验证他们的实验结果，该团队与杜伊斯堡-埃森大学的研究人员合作，为了模拟理论行为，他们还与海法的以色列理工学院的科学家合作。

通过基础物理学解锁未来技术

到目前为止，这仍然是基础物理学。然而，这些光场斯格明子表现出非凡的特性，从而激发了研究人员对其潜在技术应用的想象。吉森（Giessen）团队所使用的金表面是否适合这一目的，仍有待观察。吉森说：“如果有人找到了合适的材料，我们的概念就可以应用于显微镜中。”我们可以利用专业显微镜实现分辨率的突破，否则，由于光的波长限制，我们将无法实现这样的分辨率。

参考文献：《等离激元莫尔超晶格中的斯格明子光袋》，朱利安·施瓦布、亚历山大·诺伊豪斯、帕斯卡尔·德雷尔、沙伊·特塞斯、科比·科恩、弗洛里安·曼戈尔德、阿南特·曼塔、贝蒂娜·弗兰克、盖伊·巴尔塔尔、弗兰克-J. 梅耶尔祖·赫林多夫、蒂莫西·J. 戴维斯和哈拉尔德·吉森，2025年4月22日，《自然·物理》。DOI：10.1038/s41567-025-02873-1