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來自聖光機大學（ITMO）、謝菲爾德大學和冰島大學的科學家們發現，電子和光子在石墨烯等六邊形對稱的二維材料中的運動服從相同的規律。現在，固體中電子的特性可以藉助經典的光學系統來建模，這篇文章發表在《Nature Photonics》上。
石墨烯是最著名的二維材料，它經久耐用，具有高導電性。安德烈-蓋姆和康斯坦丁-諾沃塞洛夫因為它的開發獲得了2010年諾貝爾物理學獎。儘管它很 "輕"，但它的強度卻是鋼鐵的300倍。它的獨特性能與它的結構有關。電子在材料中的行為在很大程度上取決於該物質的晶格的幾何形狀。就石墨烯而言，碳原子形成六邊形單元，因此電子可以表現為有效質量為零的粒子，儘管在現實中具有質量。
"石墨烯中電子的這種行為是由量子力學定律所描述的，電子不是被認為是圍繞原子核運動的粒子，而是一種物質波。不同物理性質的波的特定性質只取決於系統的對稱性。這使得製造'光子石墨烯'成為可能。它類似於一個薄薄的透明板，看起來像蜂窩一樣。如果說電子在經典石墨烯中可以表現為沒有質量的粒子，那麼在這裡，光子的行為也是類似的。"ITMO物理與工程學院的研究員Alexey Yulin解釋說。
來自俄羅斯、英國和冰島的科學家們開始著手利用在光學系統中傳播的無質量光重現石墨烯中具有自旋的無質量電子的狀態。在創造了石墨烯的光學對應物後，他們研究了用光子影響石墨烯時出現的效果：它被一個聚焦的雷射來激發，而這個雷射是在特定角度下的。光線落在光子系統上的入射角的改變，為具有所需特性的波的出現提供了條件。
在文章中，科學家們研究了一個實例，他們在光子石墨烯中選擇性地激發了無質量的光子。理論和實驗的比較表明，所提出的數學模型再現了實驗結果。為了比較，他們還研究了一個光在光子石墨烯中表現為質量非零的常規粒子的實例。
在實驗過程中，物理學家發現，偏振效應與固態物理學中眾所周知的自旋效應類似。科學家們還證明了藉助經典物理學領域的方程來描述這些現象的可能性。現在，在固體中難以測量或控制的特性可以使用光子系統進行研究。
"由於常規石墨烯中發生的過程與光子系統中的過程相似，光學系統可以用來模仿電子的自旋動力學。研究光子石墨烯中的自旋-軌道相互作用，可以更好地理解在固態電子學中觀察到的類似效應。更重要的是，這些結果鼓勵我們在其他系統中尋找這種相似性，例如在聲學石墨烯中，"Alexey Yulin總結道。
論文標題為《Optical analogue of Dresselhaus spin–orbit interaction in photonic graphene》。