提出一种新电磁准粒子

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本报讯（记者杨晨）电子科技大学教授王秉中课题组通过理论和实验研究，提出并产生了一种新的电磁准粒子——混合涡环。相关研究成果近日发表于《科学进展》。
涡环是一种常见的自然现象，具有诱人的拓扑保护旋转前进行为，已经在流体力学、空气动力学、电磁学中引发一轮研究热潮。课题组提出的混合涡环由矢量电磁涡环和标量电磁涡环耦合而成，融合了拓扑斯格明子、横向轨道角动量、电磁涡街等重要特征。
为了产生混合涡环，研究人员提出了一种由同轴喇叭和超表面组成的发射器。其中同轴喇叭可以发射径向极化脉冲，超表面具有谱-频涡旋响应，可以将径向极化脉冲转化为混合涡环。矢量与标量涡环的相互耦合作用，使混合涡环中产生了电磁涡街等新奇特征。涡街是在流体中障碍物后出现的一种自然现象，具有稳定的拓扑纹理和亚波长特征。该研究首次在电磁场中实验观测到了涡街现象。
该研究提出的混合涡环理论和产生方法，不仅适用于微波频段，也适用于太赫兹和光学等频段，在现代无线系统中具有巨大的应用潜力。首先，混合涡环具有拓扑保护的抗扰动传输特性，有望提高信息和能量传输的稳定性；其次，混合涡环中同时含有两种重要的信息传输载体——横向轨道角动量和斯格明子，这为在不增加传输口径的情况下大幅提高信息容量提供了可能；再次，混合涡环中含有大量具有不同特性的空时奇点和亚波长结构，可以用于超分辨率探测与成像；最后，混合涡环中的特殊拓扑结构，为粒子操控和新型波与物质相互作用提供了机遇。
相关论文信息：10.1126/sciadv.ads4797