导 读
近期，南京大学物理学院詹鹏副教授、王振林教授课题组与美国东北大学刘咏民教授课题组合作，利用人工表面等离激元波导与单个超构颗粒（meta-particle）的耦合，在长波段实现了深亚波长的等离激元近场光涡旋。相关研究以《Efficient Generation of Microwave Plasmonic Vortices via a Single Deep-Subwavelength Meta-Particle》为题发表在wiley旗下期刊《Laser & Photonics Reviews》上，并被选为当期的back cover。
文章通讯单位为南京大学和美国东北大学，南京大学物理学院研究生苏海和中国矿业大学物理学院沈晓鹏教授为本文的共同第一作者。
具有轨道角动量的涡旋光场为光与物质相互作用提供了新的操控维度。近年来，涡旋光场在光学微操纵、显微成像、数据存储与传输等诸多领域展现出了丰富的运用价值。由于衍射极限的存在，通常来讲涡旋光场的有效半径和其波长相比拟，这很大程度上限制了功能器件的进一步微型化和集成化。为解决这一问题，在光频段研究人员已经提出采用表面等离激元来构建突破衍射极限的涡旋光场。然而在中远红外、太赫兹、甚至微波段，传统的金属材料(例如金、银)近乎为完美电导体，无法激发类似于光波段的等离激元，在此情况下发展有效激发表面等离激元涡旋光场的原理和技术具有重要意义。
研究人员提出了一种可支持两个拓扑荷相反涡旋模式的超构颗粒。由于其简并特性，两个涡旋态通常是同时激发的，因而整体表现出没有轨道角动量的偶极响应。为打破简并从而获取单个的涡旋模式，他们将该颗粒放置于梳状波导附近，利用波导倏逝场的空间非对称性，可以高效地激发超构颗粒所支持的单个涡旋模式。同时建立了相应的等效物理模型，在考虑了波导与超构颗粒的各项耦合参数以及超构颗粒本身辐射损耗的基础上，对近场光涡旋的产生机制进行了物理解释。实验结果、电磁仿真与理论模型高度吻合。值得注意的是，该文章中所激发的等离激元旋涡的有效半径约为相应自由空间波长的十六分之一。这项工作打破了等离激元旋涡的频率限制，对于工作在中远红外、太赫兹、乃至微波段的功能性集成器件的研究具有重要意义。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/lpor.201870041
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编辑：冯元会
审核：颜学俊
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