近日，中国科学技能年夜学物理学院彭晨晖传授、蒋景华研究员团队与中国香港科技年夜学张锐传授互助，于向列相液晶系统中实现了经由过程光控拓扑单极子介导的半斯格明子拓扑动态转换，并乐成将单极子作为载体实现了胶体颗粒的可控输运。这一结果为拓扑物态的非均衡调控及微纳标准物资输运提供了全新路子。相干研究结果在10月16日以 Monopole-mediated light control of half skyrmion topology in nematic liquid crystals 为题发表于《天然 通信》上。

斯格明子作为一种具备拓扑掩护特征的非平淡布局，于信息存储、自旋电子学及量子计较等范畴具备主要运用远景。然而，于单一体系中实现差别拓扑构型之间的可控转换，并对于转换历程举行及时不雅测及动态调控，是研究者持久寻求的方针。尤其是因为斯格明子具备拓扑掩护的奇特特征，转变其诸如斯格明子数等拓扑稳定量极具挑战，是以怎样实现斯格明子的拓扑转换已经经成为热门研究标的目的。

最近几年来，彭晨晖传授团队于液晶斯格明子拓扑布局调控方面取患了主要进展，展现了光场驱动下非均衡态半斯格明子与半双东床间的拓扑布局重构机制，并揭示了胶体颗粒随之发生的动态自组装举动，为本事情的开展奠基了坚实基础。

于本研究中，研究团队经由过程于向列相液晶盒中设计具备几何阻挫的界面图案，乐成于半斯格明子弦中引诱孕育发生了8种差别类型的单极子布局，包括双曲型、圆形和中间态的（反）刺猬构型。这些单极子作为拓扑场的源与汇，成为毗连差别半斯格明子构型的要害桥梁。经由过程线性偏振蓝光（波长455nm）驱动体系离开均衡态，研究团队实现了单极子对于之间从吸引到排斥的动态切换，进而引诱半斯格明子发生拓扑改变，如从半奈尔斯格明子（HNS,N sk= -1/2）改变为半反斯格明子（HAS,N sk= +1/2）。

尤为主要的是，研究团队进一步开发了拓扑单极子的微纳操控功效，将其作为微型 搬运工 。于螺旋形半斯格明子弦中，单极子可沿预设轨迹自立运动，并动员胶体颗粒从中央向界限（或者反向）举行可控运送，运动速率于0.35-2.32 m/s规模内可控，且险些不受流体动力学滋扰，揭示出其于微米标准货物运送中的巨年夜运用潜力。

单极子于半斯格明子弦中的运动轨迹和其驱动的胶体自组三木SEO-装输运历程

以上成果初次体系展现了单极子于半斯格明子拓扑转换中的焦点作用，实现了光控下的动态编程调控，为拓扑物态的非均衡动力学研究提供了主要典范。审稿人认为，该研究 于无本征手性的向列相液晶中，实现了对于三维斯格明子拓扑改变的主要节制，是一项显著的进展 。

中国科学技能年夜学物理学院博士研究生扎吾热 阿斯了汉、中国香港科技年夜学博士研究生唐文滔及中国科学技能年夜学博士研究生郑新达为文章的配合第一作者，彭晨晖传授、蒋景华研究员及张锐传授为文章的配合通信作者。该研究事情获得了国度天然科学基金、中国科学院百人规划、安徽省天然科学基金、中国科学技能年夜学 双一流 平台设置装备摆设经费以和中国香港研究资助局等项目的鼎力大举撑持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64188-2

（物理学院、科研部）

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