科學(xué)家成功為光創(chuàng)造出了量子自旋波，這可以成為未來納米技術(shù)的信息載體，但有一個(gè)獨(dú)特的轉(zhuǎn)折：它們只朝一個(gè)方向流動。納米級的信息技術(shù)依賴于操縱電子和光子等粒子。作為電荷載體的電子是費(fèi)米子，而作為信息長距離傳輸器的光子是玻色子。

費(fèi)米子和玻色子之間最重要的區(qū)別是它們?nèi)绾巍靶D(zhuǎn)”。盡管電子自旋在諸如磁存儲器之類的商業(yè)納米技術(shù)中被廣泛使用，但光自旋直到現(xiàn)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(jì)量學(xué)中將能得到應(yīng)用。光學(xué)自旋研究是強(qiáng)約束電磁波的顯著特征，在納米尺度上，光的自旋和運(yùn)動方向本質(zhì)上是相互“鎖定”的。研究人員使用了許多設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)這種行為，特別是鏡像對稱陀螺介質(zhì)界面。陀螺介質(zhì)界面是一種材料對光波的響應(yīng)形式，它將電子的自旋行為轉(zhuǎn)換為光子。研究為新的應(yīng)用開辟了可能性，在這種應(yīng)用中，設(shè)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(shè)備的安全運(yùn)行

以及減少手機(jī)天線發(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(xiàn)，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?fù)浔砻娴入x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(shù)在二維中表現(xiàn)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(xì)微差異而產(chǎn)生，哈密頓方法還預(yù)測了第三種不同類型的麥克斯韋波存在，顯示出拓?fù)浔Ｗo(hù)。這發(fā)生在一個(gè)有趣的拓?fù)洳Ｉ与A段，根本上不同于任何已知的電子或光子介質(zhì)。這一獨(dú)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(tǒng)中的重要作用，其中自旋的定義也可以是拓?fù)涔庾泳w和超材料。

博科園｜研究/來自：De Gruyter

參考期刊《納米光子學(xué)》

DOI: 10.1515/nanoph-2019-0092

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