成功創造出:光的量子自旋波!將能成為納米技術的信息載體

2020-12-04 騰訊網

科學家成功為光創造出了量子自旋波，這可以成為未來納米技術的信息載體，但有一個獨特的轉折：它們只朝一個方向流動。納米級的信息技術依賴於操縱電子和光子等粒子。作為電荷載體的電子是費米子，而作為信息長距離傳輸器的光子是玻色子。費米子和玻色子之間最重要的區別是它們如何「旋轉」。儘管電子自旋在諸如磁存儲器之類的商業納米技術中被廣泛使用，但光自旋直到現在才成為納米光子學中的基本自由度。

在光纖、等離子體、諧振器甚至量子計量學中將能得到應用。光學自旋研究是強約束電磁波的顯著特徵，在納米尺度上，光的自旋和運動方向本質上是相互「鎖定」的。研究人員使用了許多設計來實現這種行為，特別是鏡像對稱陀螺介質界面。陀螺介質界面是一種材料對光波的響應形式，它將電子的自旋行為轉換為光子。研究為新的應用開闢了可能性，在這種應用中，設備在一個方向上傳遞信息。但在相反的方向上完全阻止信息，這對於高功率設備的安全運行

以及減少手機天線發射/接收電磁信號之間的幹擾非常重要。本研究關注光子自旋在非互易回電介質中的固有作用，即磁化金屬或磁化絕緣體。由於大量相互矛盾的文獻，研究人員一開始就指出，這些麥克斯韋自旋波與眾所周知的拓撲表面等離子體激元有根本不同。首先回顧了麥克斯韋哈密頓量的概念，立即揭示了自旋係數在二維中表現為光子質量。這種光子質量在體波傳播的能量色散中打開帶隙，在這些帶隙中，存在三種不同的麥克斯韋邊緣波。

每一種都是由於邊界條件的細微差異而產生，哈密頓方法還預測了第三種不同類型的麥克斯韋波存在，顯示出拓撲保護。這發生在一個有趣的拓撲玻色子階段，根本上不同於任何已知的電子或光子介質。這一獨特量子陀螺電相中的麥克斯韋邊緣態，必然需要由非局域性（空間色散）引起。本研究還揭示了光子自旋在凝聚態物質系統中的重要作用，其中自旋的定義也可以是拓撲光子晶體和超材料。

博科園｜研究/來自：De Gruyter

參考期刊《納米光子學》

DOI: 10.1515/nanoph-2019-0092

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