清華大學實現(xiàn)室溫光學自旋霍爾效應及自旋光子學器件

自旋或谷電子的自由度能夠用于信息的編碼、存儲和傳輸，在推動下一代自旋電子學或谷電子學器件的應用中展現(xiàn)出巨大潛力。自旋霍爾效應（Spin Hall Effect）對發(fā)展自旋電子學器件十分重要，它通過自旋-軌道耦合使不同自旋的電子在材料中產生定向運動，從而形成單一自旋電流。但受限于電子散射導致的快速退相干效應，在室溫下形成宏觀尺度的純自旋電流極為困難。 bE0cW'6r  
激子極化激元是激子與光子在半導體微腔中強耦合形成的量子疊加態(tài)，最早由2024年諾貝爾物理獎獲得者霍普菲爾德（John Hopfield）在1958年提出。由于激子極化激元是一種電中性的準粒子，它能夠有效抑制庫侖相互作用引起的電荷散射，因此被認為是理想的自旋流載體。在斜入射共振激發(fā)產生的激子極化激元中，類比于電子自旋在磁場中分離，其自旋也會在由光學微腔TE-TM劈裂形成的等效磁場中不斷偏轉，從而在實空間和動量空間產生自旋分離現(xiàn)象，即激子極化激元的光學自旋霍爾效應（Optical Spin Hall Effect），是自旋-光電子學（spin-optronics）器件應用的重要基礎。2005年，阿雷克�！たǜ＝穑ˋlexey Kavokin）教授首先從理論上預測了激子極化激元的光學自旋霍爾效應，并很快在液氦溫度下砷化鎵量子阱微腔中獲得了實驗驗證。然而，由于砷化鎵等經典半導體中激子結合能較小，激子在室溫下無法穩(wěn)定存在，激子極化激元體系中尚未發(fā)現(xiàn)有室溫穩(wěn)定的自旋流存在。 V<+d o|@F