近日，美国光学学会（OSA）旗下期刊《Photonics Research》发表我校物理与微电子科学学院2014级电子科学与技术专业本科生张文帅及其指导老师罗海陆教授等人的论文“Photonic spin Hall effect on the surface of anisotropic two-dimensional atomic crystals”。该论文揭示了二维原子晶体表面的光子自旋霍尔效应。光子自旋霍尔效应是指在介质折射率梯度扮演的外场作用下，光子波包沿垂直于折射率梯度方向发生自旋分裂的现象。
二维原子晶体是指主要以共价键结合形成的单个或少数原子层厚度的新型二维晶体材料，其电子仅能在两个维度上自由运动，因此表现出与块体材料迥异的性质。这类材料能与传统的硅基材料形成互补，并在很多方面更具优势，在下一代光电器件、储能与生物传感器件等领域极具应用前景，已经迅速成为物理学、光电子学、材料科学、纳米科技领域的研究前沿。对二维原子晶体研究的一个重要前提是精确测量其各种物理参数，例如原子层数、电导、霍尔电导、克尔非线性等。这些参数不仅可以用来表征二维原子晶体的外在物理特性，而且与二维原子晶体一些内在禀性紧密相关，比如能带结构、电子输运性质等。然而由于二维原子晶体只具有一层或者数层原子结构的特殊性，给传统测量方法提出了挑战。
张文帅等人发现二维原子晶体表面的光子自旋霍尔效应中的自旋位移对二维原子晶体的晶轴方向、电导、掺杂浓度、跃迁频率等参数非常敏感，从而可通过量子弱测量技术对这些参数进行精确测量。进一步，建立了自旋位移与二维原子晶体的晶轴方向、电导、掺杂浓度、跃迁频率等参数之间的定量关系，为实现对这些参数进行精确测量奠定了重要的理论基础。近年来，量子弱测量的优越性已经在一系列测量实验中得到完美演示，逐渐从理论走向了现实。结合量子弱测量技术，光子自旋霍尔效应在二维原子晶体参数的高精密测量中将具有重要的应用潜力。
各向异性二维原子晶体表面的光子自旋霍尔效应
据悉，自2015年3月物电院正式启动实施 “本科生科研能力提升计划”以来，先后有6位本科生加入了罗海陆教授领导的自旋光子学课题组。三年来，课题组本科生在《Photonics Research》、《Optics Letters》、《Physical Review A》、《Applied Physics Letters》等物理学一区、二区刊物上共发表论文16篇，其中两篇论文入选ESI高被引论文，一篇论文入选《Photonics Research》杂志封面论文并获得该杂志2017年主编奖，一篇论文入选美国物理评论万花筒专栏。此外，本科生的研究工作多次被美国光学学会、中国光学学会等网站亮点报道。
阅读延伸：
《Photonics Research》是由美国光学学会（OSA）出版的开放获取期刊，重点关注光学与光子学领域的研究热点。该杂志是中科院SCI期刊分区物理学分区中的一区刊物， 2016年影响因子为4.679。
论文链接：https://www.osapublishing.org/prj/abstract.cfm?uri=prj-6-6-511
