科學(xué)家成功為光創(chuàng )造出了量子自旋波，這可以成為未來(lái)納米技術(shù)的信息載體，但有一個(gè)獨特的轉折：它們只朝一個(gè)方向流動(dòng)。納米級的信息技術(shù)依賴(lài)于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(cháng)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”。盡管電子自旋在諸如磁存儲器之類(lèi)的商業(yè)納米技術(shù)中被廣泛使用，但光自旋直到現在才成為納米光子學(xué)中的基本自由度。
在光纖、等離子體、諧振器甚至量子計量學(xué)中將能得到應用。光學(xué)自旋研究是強約束電磁波的顯著(zhù)特征，在納米尺度上，光的自旋和運動(dòng)方向本質(zhì)上是相互“鎖定”的。研究人員使用了許多設計來(lái)實(shí)現這種行為，特別是鏡像對稱(chēng)陀螺介質(zhì)界面。
陀螺介質(zhì)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(kāi)辟了可能性，在這種應用中，設備在一個(gè)方向上傳遞信息。但在相反的方向上完全阻止信息，這對于高功率設備的安全運行
以及減少手機天線(xiàn)發(fā)射/接收電磁信號之間的干擾非常重要。本研究關(guān)注光子自旋在非互易回電介質(zhì)中的固有作用，即磁化金屬或磁化絕緣體。由于大量相互矛盾的文獻，研究人員一開(kāi)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，立即揭示了自旋系數在二維中表現為光子質(zhì)量。這種光子質(zhì)量在體波傳播的能量色散中打開(kāi)帶隙，在這些帶隙中，存在三種不同的麥克斯韋邊緣波。
每一種都是由于邊界條件的細微差異而產(chǎn)生，哈密頓方法還預測了第三種不同類(lèi)型的麥克斯韋波存在，顯示出拓撲保護。這發(fā)生在一個(gè)有趣的拓撲玻色子階段，根本上不同于任何已知的電子或光子介質(zhì)。這一獨特量子陀螺電相中的麥克斯韋邊緣態(tài)，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(tài)物質(zhì)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(lái)自：De Gruyter
參考期刊《納米光子學(xué)》
DOI: 10.1515/nanoph-2019-0092
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