斯图加特大学 显示等离子体纳米涡旋中光的电场的纳米薄膜快照
平面上的六边形(6倍)对称性很容易看到
学分:斯图加特大学 龙卷风的破坏力源于其中心极高的旋转速度，这就是所谓的涡流
令人惊讶的是，对于沿着原子般光滑的金表面传播的光，也预测到了类似的效应，金表面可以呈现角动量和旋涡
斯图加特大学、杜伊斯堡-埃森大学和墨尔本大学(澳大利亚)的研究人员现在首次成功地在纳米尺度上拍摄了这些被称为“天空之子”的涡旋图案
《科学》杂志在2020年4月24日的一期上报道了这项开创性的工作
当花样滑冰运动员开始单脚旋转并举起双臂时，由于角动量守恒，她绕着自己的轴转动得越来越快
在炎热的夏天，同样的回旋效应会产生所谓的“尘暴”
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热空气的小旋风，它也给大型龙卷风以破坏力
物理学家托尼·斯凯尔姆在20世纪60年代在一个名为拓扑学的研究领域详细研究了这样的旋涡
这些模式以其发现者的名字命名为“天空之子”
沿着原子级光滑的纳米结构金表面传播的光也可以有一种角动量，因此可以形成旋涡
然而，在这种情况下，漩涡只有几百纳米大小，而这些纳米风暴的眼睛只有几纳米大小
因此，还没有人能够测量这些漩涡的确切方位
观察涡旋动力学也是不可能的，因为光在这样一个涡旋周围传播一次所需的时间只有几飞秒(万亿分之一毫秒)
在一项突破性的实验中，来自斯图加特大学、杜伊斯堡-埃森大学和澳大利亚墨尔本大学的一组研究人员首次成功地拍摄了这种由纳米尺度的光构成的等离子体激元
研究人员能够在所有三维空间记录光的电场和磁场的方向，甚至测量其动力学
来自墨尔本的理论家蒂姆·戴维斯在IQST量子中心的支持下访问了斯图加特和杜伊斯堡，他计算了所需的光波长、纳米结构的最佳形状以及金片层的精确厚度
他预测了光涡旋的规则阵列(称为天顶晶格)的行为
类似于等离子体旋涡中的纳米龙卷风
该显示器在金纳米片上显示光的磁场的测量的三维结构
学分:斯图加特大学 斯图加特大学第四物理研究所哈拉尔德·吉森研究小组的贝蒂娜·弗兰克用一种新开发的方法制作了厚度在纳米范围内可调的原子级光滑金平面天线
为此目的，使用非常平的硅晶片作为衬底
用高精度金离子束对金薄片进行纳米结构化
当用经过仔细计算的红外波长范围内的激光脉冲照射时，就可以产生整个天顶光阵列，即所谓的等离子天顶光
矢量动力学的测量
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在杜伊斯堡-埃森大学弗兰克·迈耶·祖·赫林多夫团队的一个特别设计的新实验中，成功地进行了等离子体光场及其时间行为的三维对准
博士生帕斯卡尔·德雷和大卫·雅诺什卡向具有纳米结构的金片层发射了波长为800纳米、持续时间仅为13飞秒的激光脉冲
爱因斯坦因此获得诺贝尔奖，光电效应导致电子从金样品中射出，然后用电子显微镜测量
通过巧妙组合几个具有不同光偏振的激光脉冲并重复几次实验，可以通过投影来确定光场的矢量分量
通过将两个激光脉冲一个接一个地发送到样本上，光的纳米龙卷风可以被激发，随后被超短激光脉冲探测，因此在大约一个晚上的持续时间内，可以记录这些光漩涡的整个纳米膜
来自斯图加特的哈拉尔德·吉森认为，在这项研究的基础上，未来有可能创造出新型显微镜，这种显微镜可以产生比目前更小的光结构
“轨道角动量和矢量性质的结合导致了纳米范围内的等离子体涡旋结构，即使是线性光学，”他报告说
“也有可能在各种边界条件下通过实验观察时间分辨的天空物理学
" 这种skyrmion场及其轨道角动量与半导体中相邻粒子的相互作用，例如在原子级薄的二维材料中，将是特别令人兴奋的
“多亏了我们新的Raith离子束光刻机，我们几乎有无限的可能性来生成不同的拓扑纳米结构，并利用杜伊斯堡纳米相机研究它们的天空动力学
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