光物理学：実空間光渦の自発的生成と能動的操作

光渦は、フォトニック用途向けに生成・操作できる余剰自由度である軌道角運動量を運ぶ光ビームである。他の物理的実体における渦とは異なり、光渦の生成には構造的な特異点が必要だが、これは、光渦の準粒子性に影響を及ぼし、光渦のダイナミクスを変えたり光渦を相互作用させたりする可能性を妨げる。今回我々は、外場を用いて光渦–反渦対を自発的に生成して能動的に操作できるようにするプラットフォームを報告する。アルミニウム/二酸化ケイ素/ニッケル/二酸化ケイ素の多層構造によって、厚さ勾配のある光共振器が実現された。この光共振器では、ニッケル層の磁気光学的効果が、トポロジカルに自明な相と非自明な相の間の遷移に影響を及ぼす。我々のデバイスによって反射される光に存在する渦–反渦対は、構造的特異点ではなく、上下の二酸化ケイ素層の一般化パラメーター空間における数学的特異点を通して生成され、実空間上にマッピングできるとともに、外部磁場によって駆動される偏光依存ダイナミクスとトポロジー依存ダイナミクスを示す。我々は、今回報告した光渦の磁場誘起操作によって、トポロジカルなフォトニック相互作用の研究が容易になるとともに、トロイダル渦、分極結び目や渦結び目、光スキルミオンなどのさまざまなトポロジカルフォトニックテクスチャーに準粒子的性質を与えるさらなる試みが促されると期待する。

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