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《物理評論快報》刊登我院光子自旋-軌道耦合研究成果

來源:MG娱乐官网  發布時間:2016-11-08 09:16:20 點擊次數:

新聞網訊(通訊員張一飛)物理科學與技術學院、高等研究院徐紅星教授課題組在表面等離激元增強的光子自旋-軌道耦合研究方面取得新進展,相關成果10月12日在國際權威期刊Physical Review Letters(《物理評論快報》)發表。該項研究發現了金屬納米結構表面等離激元激發過程中光子自旋-軌道耦合效應的巨大增強現象,并揭示了其微觀機理。

該論文題為Strong Spin-Orbit Interaction of Light in Plasmonic Nanostructures and Nanocircuits(《等離激元納米結構和納米光子回路中光子的強自旋軌道作用》)。論文第一署名單位是武漢大學,通訊作者是徐紅星。該工作得到科技部和國家自然科學基金委項目的支持。

電子的自旋-軌道耦合是凝聚態物理中的一個基本效應。在量子自旋霍爾態和拓撲絕緣體等新奇量子拓撲態中,自旋-軌道耦合是產生非平庸拓撲物理態的關鍵因素。光子也具有自旋-軌道耦合效應,但在通常的介電材料中,這種效應十分微弱,并且納米尺度上光子自旋-軌道耦合的微觀機制和作用規律并不清楚。

課題組在研究中發現,金屬納米結構表面由于其介電常數梯度很大,在等離激元激發過程中極大地增強了光子自旋-軌道耦合效應。課題組將光子的自旋-軌道耦合與電子的自旋-軌道耦合進行類比,揭示了其微觀機理。

該項研究的實用意義在于,利用納米尺度上光子的自旋-軌道耦合效應,可將光子的自旋自由度用于信息調制和編碼,實現光子自旋信息的處理。課題組使用圓偏振光激發金屬納米線,在納米線的端頭產生強烈的光子自旋-軌道耦合,使入射光子的自旋角動量耦合為軌道角動量,造成光子軌跡的強烈彎曲。在分支的納米波導結構中,不同自旋的光子激發的表面等離激元會被路由到分支結構的不同輸出端,從而實現了納米波導中光子自旋路由功能。該研究對于設計新型等離激元自旋光子器件和光學拓撲器件具有重要的指導意義。

附:論文全文鏈接地址

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