【摘 要】
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近年来,具备自旋属性的光子态因其在纳米光学和量子光学领域的巨大潜在应用而受到广泛关注。类比为固态电子体系中的自旋物理,光子的自旋也可具备自旋霍尔效应(Spin Hall Effect,SHE),从而让光子像电子那样具备时间反演对称性保护的单向性。在本篇论文中,我们从电磁波的基本理论和本构关系出发,推导出超构材料的本构关系,然后利用其双各向异性,针对光的自旋霍尔效应展开研究,具体内容包括:1、利用理
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近年来,具备自旋属性的光子态因其在纳米光学和量子光学领域的巨大潜在应用而受到广泛关注。类比为固态电子体系中的自旋物理,光子的自旋也可具备自旋霍尔效应(Spin Hall Effect,SHE),从而让光子像电子那样具备时间反演对称性保护的单向性。在本篇论文中,我们从电磁波的基本理论和本构关系出发,推导出超构材料的本构关系,然后利用其双各向异性,针对光的自旋霍尔效应展开研究,具体内容包括:1、利用理论和公式详细地推到了自旋角动量和轨道角动量,并讲解了其物理含义;介绍了自旋-轨道相互作用,并阐述了自旋-轨道相互作用中的两种重要机制;描述了自旋与极化的关系,并简要说明了电磁波的三种极化方式。2、依据横向光子自旋的极化属性,在横向光子自旋理论分析和实现中,对超构材料形成的界面处进行详细分析,得出实现横向自旋的两种方法,并严格证明了双各向异性是生成互易介质中横向旋转所需要的唯一且必要条件,揭示了光子横向自旋受垂直磁电耦合(即双各向异性)操控的决定因素。运用超构材料的理论和设计方法,实现了具备宏观双各向异性本构关系的超构媒质,进而实现横向光子自旋的有效操控。3、经过横向自旋产生的条件和本构关系,设计了超构材料结构,以计算机仿真的数值模拟手段,对超构材料的横向光子自旋进行了验证;加工制备了相应的材料样品,通过实验进一步对超构材料的横向光子自旋进行了有力的验证。4、从理论、仿真、实验三个方面验证了横向光子自旋体系的禁带与边界态现象,论证了通过两个相反方向属性的自旋抵消来实现边界态激发的新思路和新方案,为横向光子自旋的潜在应用提供了新的体块-边界态关联思路。
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