徐红星团队在光子自旋-轨道耦合研究取得重要进展

    中国科学院院士、物理科学与技术学院教授徐红星研究组近日在光子自旋-轨道耦合效应领域取得重要进展，实现手性拉曼信号的定向耦合。

    论文“Routing a Chiral Raman Signal Based on Spin-Orbit Interaction of Light”《基于光子自旋-轨道耦合效应的手性拉曼信号的定向分发》近期发表在Physical Review Letters（《物理评论快报》）期刊上。论文第一署名单位是武汉大学物理科学与技术学院，物理科学与技术学院博士生郭全兵为第一作者，张顺平副教授与徐红星教授为通讯作者。

    电磁场的空间局域可以显著增强光的自旋-轨道耦合相互作用。对于局域在不同介质的界面上的表面波，例如表面等离激元，自旋-轨道耦合效应体现为表面波的横向自旋角动量与该表面波的传播方向存在一对一的关联性。这类自旋-传播方向锁定效应可用来操纵小颗粒的光散射或光发射体的辐射方向，用于实现纳米光子学或量子光学的功能性器件。然而，以往的研究只局限于调控弹性散射或者荧光发射行为，而对于非弹性散射的光信息操纵却从未涉及。

    在他们前期工作（Phys. Rev. Lett. 117, 166803 (2016)）的基础上，徐红星课题组拓展光的自旋动量锁定效应至非弹性散射领域（拉曼散射），利用单根银纳米线对二维材料的手性拉曼信号实现了定向操纵。实验上证明手性拉曼与表面等离激元的定向性耦合高达91.5 ± 0.5%，逼近理论极限（如下图）。研究表明该定向性高度依赖于局域的自旋场密度以及拉曼信号的圆偏振度，同时不受入射激光波长的限制。光的自旋-轨道相互作用的延伸与应用，丰富了传统的手性光子学的内容，为基于非弹性散射的光信息处理操纵等微纳器件提供了新的方案。

    该项研究工作得到国家重点基础研究发展计划（973）、国家自然科学基金委和中国科学院先导专项等项目的支持。


图 (a) 手性拉曼的定向耦合的结构体系：多层二硫化钨上的银纳米线；(b)二硫化钨的拉曼成像；(c)不同激光光斑-银线距离下的拉曼光的定向性
    论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.183903
来源：武汉大学 新闻网