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Photonic Spin Skyrmion with Dynamic Position Control
ACS Photonics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2021-08-23 , DOI: 10.1021/acsphotonics.1c00762 Min Lin 1 , Wanlong Zhang 1 , Cong Liu 1 , Luping Du 1 , Xiaocong Yuan 1
ACS Photonics ( IF 6.5 ) Pub Date : 2021-08-23 , DOI: 10.1021/acsphotonics.1c00762 Min Lin 1 , Wanlong Zhang 1 , Cong Liu 1 , Luping Du 1 , Xiaocong Yuan 1
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Skyrmions are topological spin structures with broad application prospects in magnetic information storage and spintronics. Besides in magnetic materials, Skyrmions are observed in various photonic systems, demonstrating new deep-subwavelength characteristics. While the dynamic motion control of the magnetic Skyrmions has been achieved through many techniques, studies on the manipulation of the photonic Skyrmion have rarely been done. Here, we show dynamic position control of photonic Skyrmion with the use of a phase profile imposed by a spatial light modulator. The photonic Skyrmions are generated by the spin–orbit coupling in the surface plasmon polariton field, and the spin textures are mapped through a nanoparticle-on-film configuration. The photonic Skyrmions are experimentally shown to be shifted flexibly in two dimensions, with precise position control and almost no distortion of the spin textures. In addition, the locking of the shifting directions to the Skyrmion chirality is observed when a liquid crystal plate is employed to provide the phase profile instead of the spatial light modulator. The proposed technique realizes the mapping of the spin angular momentum of the photonic Skyrmion with dynamic position control for the first time, which is expected to be valuable for future applications in optical information storage and transfer.
中文翻译：
具有动态位置控制的光子自旋 Skyrmion
Skyrmions 是拓扑自旋结构，在磁信息存储和自旋电子学中具有广泛的应用前景。除了在磁性材料中，Skyrmions 在各种光子系统中也被观察到，展示了新的深亚波长特性。虽然已经通过许多技术实现了磁性 Skyrmion 的动态运动控制，但很少有人对光子 Skyrmion 的操纵进行研究。在这里，我们展示了使用空间光调制器施加的相位分布对光子 Skyrmion 的动态位置控制。光子 Skyrmions 是由表面等离子体激元场中的自旋轨道耦合产生的，自旋纹理通过纳米粒子薄膜配置映射。实验表明，光子 Skyrmions 可以在二维方向上灵活移动，具有精确的位置控制和旋转纹理几乎没有失真。此外，当使用液晶板代替空间光调制器提供相位分布时，观察到移动方向锁定到 Skyrmion 手性。该技术首次实现了具有动态位置控制的光子 Skyrmion 自旋角动量的映射，有望对未来在光信息存储和传输方面的应用具有重要意义。
更新日期：2021-09-15
中文翻译：
具有动态位置控制的光子自旋 Skyrmion
Skyrmions 是拓扑自旋结构，在磁信息存储和自旋电子学中具有广泛的应用前景。除了在磁性材料中，Skyrmions 在各种光子系统中也被观察到，展示了新的深亚波长特性。虽然已经通过许多技术实现了磁性 Skyrmion 的动态运动控制，但很少有人对光子 Skyrmion 的操纵进行研究。在这里，我们展示了使用空间光调制器施加的相位分布对光子 Skyrmion 的动态位置控制。光子 Skyrmions 是由表面等离子体激元场中的自旋轨道耦合产生的，自旋纹理通过纳米粒子薄膜配置映射。实验表明，光子 Skyrmions 可以在二维方向上灵活移动，具有精确的位置控制和旋转纹理几乎没有失真。此外，当使用液晶板代替空间光调制器提供相位分布时，观察到移动方向锁定到 Skyrmion 手性。该技术首次实现了具有动态位置控制的光子 Skyrmion 自旋角动量的映射，有望对未来在光信息存储和传输方面的应用具有重要意义。
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