撰稿 | NJU 唐江山
到目前为止，对双曲极化激元的操控主要限于振幅控制，而增加新的自由度有潜力极大地扩展极化激元在信息处理和传输、量子通讯、超分辨成像和传感等中的应用。对振幅以外的自由度的控制已经在自由空间光子和表面等离子激元技术上开辟了新的机会。例如，可见光波段的表面等离激元最近被探索用来控制相位、自旋和轨道角动量(OAM)作为独立的自由度。
(4)拥有更多的自由度，比如声子极化激元的模式等。
与存在于界面的等离激元相比，多数声子极化激元基于体极化激元模式，这使得声子极化激元涡旋的观测乃至激发都变得困难。
在该研究中，研究团队将双曲声子极化激元耦合到特定的纳米结构、并利用精密的理论设计和实空间近场纳米成像来解决这些挑战(如图1)。团队成员进一步研究了该系统中的自旋-轨道相互作用，实现了对双曲声子极化激元前所未有的控制，即精确生成纳米级涡旋以及实现了拓扑荷的自旋轨道锁定（见图2）。
图2：l=1和2时m=1,2和4时声子极化激元涡旋相位积累与方位角的关系，以及m= 1,2时极化激元涡旋的金盘图像和色散。
该成果显示将天然极性范德华晶体——氮化硼薄片与金涡旋结构结合，自旋轨道锁定的双曲极化激元涡旋能够在该器件中激发。研究团队进一步证明该器件可广泛地生成可重构的拓扑荷，并展示出奇异的极化激元特征，包括自旋-轨道相互作用和纳米聚焦。所展示的极化激元涡旋可以利用多种自由度来实现高度可调性，这些自由度包括激发自旋、极化激元发射器的几何形状以及氮化硼薄片的双曲特性,例如悬臂的数量：m 和轨道拓扑荷：l（见图2和图3）。
图3：l=1时声子极化激元涡旋的实验和模拟结果
研究团队对双曲极化激元涡旋和高度可重构的拓扑荷的证明为在中红外波段实现稳定的多路复用信息处理提供了独特的机会，并且在超分辨率成像系统、超紧凑的中红外传感器和具有与其拓扑性质相关的小型极化激元设备方面具有巨大潜力。
Wang, M., Hu, G., Chand, S. et al. Spin-orbit-locked hyperbolic polariton vortices carrying reconfigurable topological charges. eLight 2, 12 (2022).
https://doi.org/10.1186/s43593-022-00018-y
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