中国科学院
超潮间带光脉冲中磁涡环和天顶子的空间拓扑结构示意图
灰色的点和环标记了磁场中奇点(鞍点和涡环)的分布，大的粉红色箭头标记了选择性的磁矢量方向，较小的彩色箭头显示了磁场中的天谐结构
信用:申(2021)
自1890年以来，光学和光子学中的拓扑学一直是一个热门话题，其中考虑了电磁场中的奇异性
最近因凝聚态物理的拓扑发展而获得诺贝尔奖，导致了光学中拓扑的重新激增，最近的发展是在光子学中实现凝聚态粒子状拓扑结构
最近，拓扑光子学，特别是拓扑电磁脉冲，为非平凡的波-物质相互作用提供了希望，并为信息和能量传递提供了额外的自由度
然而，迄今为止，超快瞬变电磁脉冲的拓扑结构在很大程度上还没有被探索过
在他们的报纸Nat上
通信
，英国和新加坡的物理学家报告了一个新的电磁脉冲族，即具有环形拓扑的麦克斯韦方程的精确解，其中拓扑复杂性可以连续控制，即超地形拓扑
这种超潮间带脉冲中的电磁场在自由空间中以光速传播时，具有天谐结构
Skyrmions是一种复杂的拓扑粒子，最初由托尼·斯凯尔姆在1962年提出，作为核子的统一模型，其行为类似于具有壮观纹理的纳米级磁性漩涡
它们作为非平凡激发在许多凝聚态系统中被广泛研究，包括手性磁体和液晶，显示出对信息存储和传递的重要意义
如果skyrmions能飞，为下一代信息学革命开辟无限可能
“这是第一个已知的传播天价的例子，”教授说
项目负责人尼古拉·哲鲁德夫(Nikolay Zheludev)说，“以前观察到的基本拓扑结构是固体中的自旋结构和超材料模式近场的局部电磁激励
" 超环形脉冲是所谓的“飞行圆环”的推广，这是一种具有时空不可分结构的环形单周期脉冲，它与矢量奇点和非辐射回射激发有关
超地形脉冲具有越来越复杂的类分形环形拓扑结构，表现出具有类拟阵奇异壳层的电磁场构型、各种不同的skyrmion数的skyrmionic结构以及伴随多层能量回流效应的波因廷矢量场中的多个奇点
并且拓扑复杂性可以通过增加脉冲增加的超高阶数来控制
这些结果为拓扑场组态及其动力学的研究提供了超潮间带脉冲
这里呈现的超地形脉冲的拓扑特征提供了额外的自由度，可以在许多领域找到应用，例如涉及结构光、光学俘获、光制造和粒子加速的信息编码/解码方案
“我们认为，这是首次在超快结构脉冲中提出了skyrmionic结构，并且在超潮间带脉冲的瞬时电磁场中存在多种结构的skyrmionic结构
这种光子学的天谐结构利用了引人入胜的尖锐空间特征，有望在高精度计量和超分辨率成像中得到潜在应用
该论文的主要作者申
这项工作为研究光-物质相互作用、超快光学和拓扑光学打开了许多有趣的机会
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耦合到电磁天线和局域天空)及其在超分辨率计量和成像、信息和能量传输中的应用
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