超常材料中光的霍爾效應研究

《超常材料中光的霍爾效應研究》是依託湖南大學，由舒維星擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：超常材料中光的霍爾效應研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：舒維星
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

光的霍爾效應是最近發現的一種新的光學現象，它是指光束或波包經過非均勻介質後，自旋或軌道角動量相反的光子相互分離而聚集於光束兩側，造成光束分裂的現象。光的霍爾效應預計在納米光學、量子信息等方面具有重要的套用前景。光霍爾效應的強弱與介質折射率變化的梯度大小相關，超常材料可實現從零折射率到超高折射率的變化，為增強光霍爾效應提供了一條可行途徑。本項目首次提出開展超常材料中光霍爾效應的基礎理論研究,著重研究光的自旋霍爾效應和軌道霍爾效應在超常材料中的獨特性質，並建立基於積分方程的嚴格理論方法，闡明其物理機制。在此基礎上，研究如何利用不同折射率超常材料及其不同結構來增強光的霍爾效應，探索根據變換光學理論設計超常材料精確調控光霍爾效應的機制和方法。

結題摘要

我們嚴格按照計畫開展超常材料中光的霍爾效應研究。首先，我們提出超常材料中光傳輸的嚴格理論，推出光束傳播矢量模型，建立光的霍爾效應精確的物理模型。從而研究光的霍爾效應在超常材料中的新現象、新性質，揭示物理本質。我們發現：自旋霍爾效應的方向與折射率梯度有關，而與材料的折射率正負無關；負折射介質中的自旋霍爾效應並不與常規介質中的相反。其微觀物理機制是，光子霍爾效應是由自旋角動量決定，負折射介質中自旋角動量因守恆沒有反轉。在此基礎上，找到了利用多層介質共振機制和Brewster角來調控光霍爾效應的方法。最後，我們還探索了根據變換光學理論設計超常材料精確調控光霍爾效應，發現這是可行的。截至目前，我們已經發表SCI論文6篇，其中一篇入選美國物理評論A雜誌萬花筒，培養碩士研究生5名，基本完成了項目計畫的研究內容，總體達到了預期研究目標。總之，我們研究了超常材料中光霍爾效應的性質，揭示了物理機制，找到了調控方法。研究結果深化了光束的傳播理論，而且為發展基於光霍爾效應的光子器件提供了理論基礎。