[论文解读] Programmable skyrmions for robust communication and intelligent sensing

Long Chen, Xin Yu Li+9 more|ArXiv.org|Jul 8, 2025

BIM and Construction Integration被引用 4

一句话总结

这篇论文提出一个可编程等离子体斯格拉姆(k)平台，能够对不同拓扑进行编码，用于鲁棒的无线通信和智能传感，包括时域谐波斯格拉姆和多模型识别。

ABSTRACT

The recently observed plasmonic skyrmions, as electromagnetic counterparts of topologically stable quasiparticles, hold significant promise as novel carriers for robust information transfer and manipulation of nontrivial light-matter interactions. However, their practical applications has been hindered by the lack of flexible tuning devices to encode these topological structures. Here, we present a programmable plasmonic skyrmion platform capable of encoding diverse skyrmion topologies, including Neel-type skyrmions and merons. Based on unprecedented ultra-fast coding feature, we synthesize harmonic skyrmions in the temporal dimension and, for the first time, applied skyrmions in communication and sensing applications. Specifically, we achieved highly robust and multi-channel wireless communications by using programmable topological skyrmions, providing a promising platform for communication in turbulent noise channels and extreme conditions. Furthermore, we implemented intelligent sensing across twenty animal models on the same platform, achieving high recognition accuracy. This methodology offers programmable and temporal insights into the skyrmions for their practical applications in next-generation wireless communication and intelligent sensing.

研究动机与目标

• 开发一个可编程的等离子体斯格拉姆平台，以编码多种斯格拉姆拓扑（包括 Neel-type 斯格拉姆和 meron）。
• 展示超高速时域编码以合成用于实际应用的谐波斯格拉姆。
• 在具有挑战性的噪声与湍流条件下，将斯格拉姆用于鲁棒的多通道无线通信。
• 在同一平台上对多种模型进行智能感知，具有高识别准确率。

提出的方法

• 设计并实现一个可编程的等离子体平台，能够编码多种斯格拉姆拓扑。
• 引入超快编码特性，在时域生成谐波斯格拉姆。
• 在湍流噪声信道下，使用拓扑斯格拉姆作为信息载体评估通信性能。
• 将该平台应用于对多动物模型的智能感知，以评估识别能力。

实验结果

研究问题

• RQ1 可编程的等离子体斯格拉姆是否能编码适用于鲁棒信息传输的多样拓扑？
• RQ2 斯格拉姆的时域谐波编码是否提升实际通信与感知性能？
• RQ3 该平台能否在不利信道条件下支持多通道无线通信？
• RQ4 该平台是否能够在多模型上实现高精度智能感知？

主要发现

• 一个可编程的斯格拉姆平台编码 Neel-type 斯格拉姆和 meron。
• 超高速时域编码合成用于通信与感知的谐波斯格拉姆。
• 该方法在湍流或极端条件下实现鲁棒的多通道无线通信。
• 在同一平台上对二十个动物模型进行智能感知，具有高识别准确率。