科学家成功为光创造出了量子自旋波，这可以成为未来纳米技术的信息载体，但有一个独特的转折：它们只朝一个方向流动。纳米级的信息技术依赖于操纵电子和光子等粒子。作为电荷载体的电子是费米子，而作为信息长距离传输器的光子是玻色子。费米子和玻色子之间最重要的区别是它们如何“旋转”。尽管电子自旋在诸如磁存储器之类的商业纳米技术中被广泛使用，但光自旋直到现在才成为纳米光子学中的基本自由度。
在光纤、等离子体、谐振器甚至量子计量学中将能得到应用。光学自旋研究是强约束电磁波的显著特征，在纳米尺度上，光的自旋和运动方向本质上是相互“锁定”的。研究人员使用了许多设计来实现这种行为，特别是镜像对称陀螺介质界面。
陀螺介质界面是一种材料对光波的响应形式，它将电子的自旋行为转换为光子。研究为新的应用开辟了可能性，在这种应用中，设备在一个方向上传递信息。但在相反的方向上完全阻止信息，这对于高功率设备的安全运行
以及减少手机天线发射/接收电磁信号之间的干扰非常重要。本研究关注光子自旋在非互易回电介质中的固有作用，即磁化金属或磁化绝缘体。由于大量相互矛盾的文献，研究人员一开始就指出，这些麦克斯韦自旋波与众所周知的拓扑表面等离子体激元有根本不同。首先回顾了麦克斯韦哈密顿量的概念，立即揭示了自旋系数在二维中表现为光子质量。这种光子质量在体波传播的能量色散中打开带隙，在这些带隙中，存在三种不同的麦克斯韦边缘波。
每一种都是由于边界条件的细微差异而产生，哈密顿方法还预测了第三种不同类型的麦克斯韦波存在，显示出拓扑保护。这发生在一个有趣的拓扑玻色子阶段，根本上不同于任何已知的电子或光子介质。这一独特量子陀螺电相中的麦克斯韦边缘态，必然需要由非局域性（空间色散）引起。本研究还揭示了光子自旋在凝聚态物质系统中的重要作用，其中自旋的定义也可以是拓扑光子晶体和超材料。
博科园｜研究/来自：De Gruyter
参考期刊《纳米光子学》
DOI: 10.1515/nanoph-2019-0092
