徐红星课题组PRL:光子自旋-轨道手性拉曼信号耦合研究取得重要进展

paoshan

中国科学院院士、物理科学与技术学院教授徐红星研究组近日在光子自旋-轨道耦合效应领域取得重要进展，实现手性拉曼信号的定向耦合。
       论文“Routing a Chiral Raman Signal Based on Spin-Orbit Interaction of Light”《基于光子自旋-轨道耦合效应的手性拉曼信号的定向分发》近期发表在Physical Review Letters（《物理评论快报》）期刊上。论文第一署名单位是武汉大学物理科学与技术学院，物理科学与技术学院博士生郭全兵为第一作者，张顺平副教授与徐红星教授为通讯作者。

      电磁场的空间局域可以显著增强光的自旋-轨道耦合相互作用。对于局域在不同介质的界面上的表面波，例如表面等离激元，自旋-轨道耦合效应体现为表面波的横向自旋角动量与该表面波的传播方向存在一对一的关联性。这类自旋-传播方向锁定效应可用来操纵小颗粒的光散射或光发射体的辐射方向，用于实现纳米光子学或量子光学的功能性器件。然而，以往的研究只局限于调控弹性散射或者荧光发射行为，而对于非弹性散射的光信息操纵却从未涉及。
       在他们前期工作（Phys. Rev. Lett. 117, 166803 (2016)）的基础上，徐红星课题组拓展光的自旋动量锁定效应至非弹性散射领域（拉曼散射），利用单根银纳米线对二维材料的手性拉曼信号实现了定向操纵。实验上证明手性拉曼与表面等离激元的定向性耦合高达91.5 ± 0.5%，逼近理论极限（如下图）。研究表明该定向性高度依赖于局域的自旋场密度以及拉曼信号的圆偏振度，同时不受入射激光波长的限制。光的自旋-轨道相互作用的延伸与应用，丰富了传统的手性光子学的内容，为基于非弹性散射的光信息处理操纵等微纳器件提供了新的方案。
       该项研究工作得到国家重点基础研究发展计划（973）、国家自然科学基金委和中国科学院先导专项等项目的支持。
       论文链接：https://journals.aps.org/prl/abs ... sRevLett.123.183903


       徐红星，武汉大学物理科学与技术学院教授，973项目首席科学家，长江特聘教授，2006年杰青，2010年获得中国青年科技奖，2013年获得饶毓泰物理奖，2016年获中国光学重要成果奖，2017年当选中国科学院院士。他长期从事表面增强光谱、等离激元光子学和纳米光学领域的研究工作：在实验上首次发现了金属纳米结构间隙的巨大电磁场增强效应，是超灵敏光谱传感的基础；首次实现了纳米光逻辑，开创了纳米光芯片研究的新方向；最近把等离激元共振的灵敏度提高到亚皮米精度。发表论文180余篇，SCI引用13000余次，单篇引用超过1000次的两篇（分别是1999年PRL，当年PRL被引最高的两篇文献之一；2000年PRE，当年PRE被引最高文献，被选为PRE的里程碑论文），单篇超过100次的37篇，h因子58；2014-2017年连续入选中国高被引学者榜。他已作国际会议邀请报告60余次；在等离激元光子学领域国际系列会议（SPP，NFO，SPIE,FOP）中，任FOP国际会议的大会主席，其它三大国际会议的程序委员会委员；最近任高登研究会议（GRC）Plasmonically-Powered Processes国际会议首届大会主席；曾任Nanoscale副主编，Optics Express副主编。
        
        张顺平，博士生导师，1985年出生于广东揭阳，武汉大学物理与科学技术学院副教授，武汉大学珞珈青年学者（2016）。研究兴趣包括等离激元光子学、微纳尺度上光与物质相互作用、有源与无源纳米光电信息器件、增强光谱等领域。主要研究成果包括：1）发现手性表面等离极化激元、构造线性与非线性等离激元波导回路；2）阐释Fano共振是实现高灵敏等离激元传感的主要机制、实现亚皮米精度的等离激元距离传感；3）实现纳腔中光与物质的强相互作用体系以及对极小空间中光场的定量测量，解决纳米光学领域一个重要物理效应长期以来无法定量测量的困扰。发表学术论文30余篇，其中以第一/通讯作者（含共同）发表Phys. Rev. Lett. 2篇、Nat. Commun. 1篇、Light: Sci. Appl. 1篇、Nano Lett. 6篇、ACS Nano 2篇，Web of Science被引2000余次（单篇最高被引400余次）。主持国家自然科学基金委面上项目1项、青年项目1项、中国博士后基金2项，参与973项目1项、国家重点研发计划“量子调控与量子信息”重点专项项目1项。

kwcha333

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