在经典物理和量子物理相交叉的临界点处，麦克斯韦和薛定谔方程描述了光场如何驱动和控制电子现象，而在太赫兹或千赫频率和超小尺度产生光波电子的。光撞击金属产生的电场与电子相互作用，在阿秒时间尺度（attosecond timescale）上产生光-物质准粒子，如激子或等离子体激光。准粒子由场的性质、材料的介电响应函数和相互作用的几何形状来定义；在产生过程中，准粒子可以重新发射光子，衰变成非相干粒子，或转换成其他自由度。

近日，匹兹堡大学的Hrvoje Petek和Yanan Dai团队在一个银薄膜结构中创建并成像了一个拓扑等离子体自旋纹理准粒子，并将相关工作以“Plasmonic topological quasiparticle on the nanometre and femtosecond scales”为题发表在Nature杂志上。他们利用光的自旋轨道相互作用(spin orbit interaction，SOI)，光电子显微镜成像，以及通过模拟和理论描述了一种新的动态等离子体准粒子，其表面等离子体激元(SPPs)具有类半子拓扑的SAM结构（meron-like topological SAM texture）。

文章要点：

1）线偏振光的自旋角动量分量与一个具有几何相位的阿基米德耦合结构发生相互作用，并产生不同轨道角动量的等离子体波。这些等离子体场发生自旋轨道相互作用，它们的叠加产生一系列等离子体涡旋。其中三个涡旋可以形成具有拓扑电荷的自旋结构，类似于磁半子准粒子。这些自旋纹理位于半波长的光内，并存在于等离子体场的时间尺度上。

2）使用超快非线性相干光电子显微镜记录下了涡旋场空间变化的阿秒级视频，同时通过电磁模拟和理论解释均证实了等离子体拓扑准粒子的存在。

3）该准粒子形成手性场，在纳米级空间尺度和20飞秒的时间尺度(纳米-飞秒尺度)上打破了时间反演对称性。这种重要的自旋角动量拓扑的瞬态产生属于宇宙学意义上的结构创造和量子物质的拓扑相变，并可在纳米飞秒尺度上传递量子信息。

参考文献：

Dai, Y., Zhou, Z., Ghosh, A. et al. Plasmonic topological quasiparticle on the nanometre and femtosecond scales. Nature 588, 616–619 (2020).

https://doi.org/10.1038/s41586-020-3030-1