斯格明子(skyrmion), 最早在高能物理中以一种拓扑孤立子的概念被提出，后来被广泛应用到凝聚态物理中。由于其优异的稳定性和动力学特性，磁斯格明子被认为是下一代高速、高密度、低能耗磁存储器件的重要技术突破口。对应的，由光的自旋角动量形成的光学自旋斯格明子与磁斯格明子有类似的拓扑特性，近年来，我校微纳光电子学研究院纳米光子学研究中心的杜路平教授、袁小聪教授在光子体系中的自旋拓扑结构研究中取得了一系列创新性成果，继课题组首次发现光学自旋斯格明子结构以来，研究工作相继发表在《Nature Physics》、《PNAS》、《Physical Review Letters》、《Light：Science & Applications》等国际顶级期刊，促进了光学斯格明子这一新兴研究方向的发展，目前该方向已逐渐成为光场调控领域的一个重要研究热点。

光学自旋斯格明子内部的独特自旋精细结构使其在超高精度光学位移传感、光学超分辨显微成像、磁存储、量子技术等领域具有重大应用前景，由杜路平教授、袁小聪教授带领的工作团队在前期工作的基础上一直致力于将光学自旋斯格明子推向实际应用。近日，他们在“光学斯格明子应用于高精度位移传感”方面的研究工作取得了重要原创成果，该研究成果刊登于国际学术期刊《Advanced Science》（影响因子：17.521，中科院1区，top期刊），论文题目为“Spin-Manipulated Photonic Skyrmion-Pair for Pico-Metric Displacement Sensing”。杜路平教授和袁小聪教授为论文的共同通讯作者，杨爱萍副研究员为论文的第一作者，深圳大学（微纳光电子学研究院&射频异质异构集成全国重点实验室）为文章的唯一完成单位。

图1. 光学自旋斯格明子对中自旋精细结构的形成和表征结果

为了形成更适用于位移传感和位置探测的自旋精细结构，该研究团队将具有相反斯格明子数的自旋斯格明子在空间上不断靠近从而形成斯格明子对，利用该团队此前所提出的自旋-动量方程，在理论上充分研究了空间距离于自旋斯格明子对中自旋结构特征的影响，并利用这种斯格明子对形成在一维方向具有剧烈偏振变化区域，通过进一步优化使得该区域同时保持较好的线性度和较高的光场强度，随后将之应用到超高精度位移传感上。该方法所获得的理论传感精度可达皮米量级，处于国际领先水平，并可以随着当前偏振检测器件的灵敏度得到进一步提升。该研究是光学自旋斯格明子从理论探索走向实际应用的第一步，为光学斯格明子的应用发展提供了基础。

该研究成果链接：http://doi.org/10.1002/advs.202205249

该研究得到广东省基础与应用基础研究重大项目，国家自然科学基金项目, 深圳市科技创新委员会项目的支持。