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1、光子自旋霍尔效应专题光自旋霍尔效应及其研究进展*罗海陆暋暋文双春昄(湖南大学信息科学与工程学院暋微纳光电器件及应用教育部重点实验室暋长沙暋410082)摘暋要暋暋光束在经过非均匀介质后,自旋角动量相反(左、右旋圆偏振)的光子在垂直于入射面的横向相互分离,造成光束的自旋分裂,这种现象叫做光自旋霍尔效应.它类似于电子系统中的自旋霍尔效应:自旋光子扮演自旋电子的角色,而折射率梯度则起外场作用.光自旋霍尔效应为操控光子提供了新的途径,在纳米光学、量子信息和半导体物理方面具有重要的应用前景;同时由于它与凝聚态和高能物理中的带电粒子自旋霍尔效应有高度的相似性和共同的拓扑根
2、源,所以又为测量自旋霍尔效应这类弱拓扑现象提供了独特而又方便的机会.文章简单介绍了光自旋霍尔效应,并总结了近几年国内外的研究进展.关键词暋暋自旋霍尔效应,光自旋霍尔效应,自旋光子,自旋角动量ThespinHalleffectofLight昄LUO暋Hai灢Lu暋暋WEN暋Shuang灢Chun(KeyLaboratoryforMicro灢/Nano灢OptoelectronicDevicesofMinistryofEducation,CollegeofInformationScienceandEngineering,HunanUniversity,Changs
3、ha410082,China)Abstract暋暋Whenabeampropagatesthroughinhomogeneousmedia,photonswithoppositespinangularmomentawilldeviatefromeachotherandassembleatthetwosidesofthebeamsection,leadingtoaspin灢dependentsplitting,andthisphenomenoncanberegardedasthespinHalleffect(SHE)oflight.Itisadirectopti
4、calanalogyoftheSHEinelectronicsystemswherethespinelectronsandelectricpotentialarereplacedbyspinphotonsandtherefractiveindexgradient,respectively.TheSHEoflightpavesanewwaytomanipulatephotonsandmayfindimportantapplicationsinnano灢optics,quantuminformation,andsemiconductorphysics.Becaus
5、eoftheclosesimilarityandcommontopologicalrootsoftheeffectinoptics,condensedmatter,andhigh灢energyphysics,theopticalSHEprovidesindirectevidenceoftheintrinsicSHEinadiversityofphysicalsystems.Wepresentasimpleintroductionandoverviewofthelatestresearchinthisfield.Keywords暋暋spinHalleffect,
6、spinHalleffectoflight,spinphotonics,spinangularmomentum分数量子霍尔效应、自旋霍尔效应和轨道霍尔效应1暋引言等又相继被发现,它们构成了一个霍尔效应家族.霍尔效应家族因其极其重要的科学意义和应用价值而约132年前,美国物理学家霍尔(EdwinHall,一直受到广泛关注,仅从有关霍尔效应的研究成果1855—1938)发现,当电流通过磁场中的导体时,在曾两度获得诺贝尔奖就可见一斑.1985和1998年垂直于电流和磁场方向的导体两侧会出现电势差.诺贝尔物理学奖分别授予整数量子霍尔效应的发现这一现象后来被称为霍尔效应
7、(Halleffect),本质者克利青(KlausvonKlitzing)和分数量子霍尔效应上,它是运动的载流子在磁场中受到洛伦兹力的作*暋国家自然科学基金(批准号:61025024,11074068)资助项目用而产生横向运动的结果.经典霍尔效应被发现之2012-02-15收到后的一百多年,反常霍尔效应、整数量子霍尔效应、昄暋通讯联系人.Email:scwen@hnu.edu.cn·367·暋物理·41卷(2012年)6期暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋暋http:飋飋www.wuli.ac.cn光子自旋霍尔效应专题的发现者崔琦等人.此无法用外加场的方法去改变其自旋轴
8、的方向.但最近几年,一种新型的霍尔效应
