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拓扑物理正深刻改变光学领域，为高维涡旋、偏振奇点等研究提供了新视角。斯格米子作为一种拓扑稳定的准粒子，最初在粒子物理中被提出，现已在玻色-爱因斯坦凝聚态、液晶、磁性材料乃至光学中被广泛研究。2018年，研究人员首次提出实现光学斯格米子晶格的方案，利用表面等离激元干涉或局域光学自旋场中的拓扑缺陷构建光学斯格米子。随后的研究揭示了光学斯格米子的时空动力学特性，并发展出多种光学“准粒子”形态。
然而，现有研究多集中于孤立或周期性的斯格米子单元，其对称性和斯格米子数固定，限制了在光子器件中实现更高密度信息编码与更丰富拓扑调控的可能性。因此，实现包含多个斯格米子的“斯格米子团簇”成为拓展光学拓扑功能的关键挑战。
图1 摩尔纹光学斯格米子团簇的生成原理与结构设计
南昌大学于天宝教授、邓伟民副教授、万里鹏博士团队在理论与实验上首次提出并观测到“摩尔纹等离子体斯格米子团簇”，即在单个超晶格单元内嵌套多个奈尔型等离子体斯格米子，形成大尺度光学斯格米子团簇。通过设计具有可控扭转角的双层等离子体纳米结构，激发两组表面等离激元波叠加，从而在二维金属表面产生具有深层亚波长特征的摩尔纹拓扑场。
研究证明，通过调节扭转角可实现周期性与准周期性的光学斯格米子排列，并观测到斯格米子数的快速反转与拓扑态切换。该体系不仅提供了在纳米尺度上追踪斯格米子成核与湮灭的动态平台，还可作为复合纳米结构对准偏差的灵敏探针，为高密度光信息存储与拓扑光器件设计开辟了新途径。
图2 周期性等离子体斯格米子团簇的模拟与实验验证
该研究成功在理论与实验上实现了包含多斯格米子的等离子体斯格米子团簇，通过扭转等离子体纳米结构干涉两组光学斯格米子晶格，构建出具有摩尔纹超晶格特征的拓扑光场。扭转角可调控斯格米子的周期性、数量及其纳米尺度运动，为在公度与非公度几何中探索等离子体斯格米子团簇提供了有力平台。
实验结果表明，该体系对结构对准偏差极为敏感，偏差可引发斯格米子拓扑数的快速反转，可用于纳米级光学计量与光刻掩模对准。此外，该方法具有普适性，可拓展至其他波系统（如水波、部分相干波等），并为片上拓扑光通信、高维量子信息处理及拓扑耦合的多体动力学模拟提供了新的物理载体。
Lan Zhang et al., Observation of moiré plasmonic skyrmion clusters. Sci. Adv.11,eadx0478(2025). DOI:10.1126/sciadv.adx0478
