近日，国立首尔大学的Piao课题组进行了具有全局单一手性的光横向自转设计。获得横向自旋的光已经打开了在拓扑光子学中新的边界。为了实现非零纵向场的横向自旋，已经提出了基于聚焦、干涉或倏逝波导出横向受限波的各种平台。然而，由于横向约束固有地伴随着场导数的符号反转，因此每个场的横向自旋惯量经历空间反转，这将导致电场与其自旋分量之间的强度失配，并阻碍了对横向自旋的全局观测。这里，Piao等人揭示电场的全局纯横向自旋，电场强度表示自旋分布。从各向异性介电常数所需的空间轮廓反演设计的目标自旋模式出发，他们证明了ε近零介电常数附近的椭圆双曲线跃迁使得各向异性超材料的拓扑界面电场的横向自旋惯量的全局守恒成为可能。扩展到非厄米系统，整个研究团队发展湮没的横向自旋模式，以覆盖整个Poincaré球的子午面。这一结果实现了三维量子自旋态的完全光学类比。

图1全局的纯T-自旋模式的示意图

光的横波的本质阻碍了人们获得与纵向场有关的丰富物理现象和应用，例如三维量子自旋态的光学对应物。然而，最近出现的提供优良光限制的等离子体元和超材料已经解除了对纵向场的限制，导致非常规动力学，如左手超材料、人造磁学、全场重建和等离子体辐射。通过控制纵向场相对于横向分量的相位，也实现了电磁场横向自旋（t自旋）的隐藏量。随后进行了深入的研究，以检查光学T自旋，并提供3D光物质相互作用，特别是对于拓扑光子学的未开发的自由度。在这里，研究人员提出了一种实现纯T自旋模式的电场，该电场在全局域中保持独特的手性（图1（e）中通过x? 0的相同的自旋符号）。注意到T自旋的空间反转起源于横向光限制，他们揭示了通过在横向坐标附近实现单轴ε零附近（ENZ）介电常数的拓扑跃迁，可以实现T自旋的全局唯一性。通过逆设计各向异性介电常数的分布，根据目标自旋波分布，Piao等人演示了任意形状的T自旋模式的构建（图1（F）- 1（H）），包括零自旋[图1（I）]，其保留了全局自旋纯度。他们的结果实现了包括纵向分量的Poincaré球的完全覆盖，从而铺平了通向光传播的3D偏振态的全部途径。通过应用单轴ENZ周围的拓扑跃迁，证明了纯T自旋模式的实现不需要手性的空间反转。在所提出的结构中，场强本身成为T自旋测量的量。在横向和纵向场之间的同相振荡的零横向自旋，可以在T-自旋Poincaré球上的所有SOPs被访问。对T-自旋Poincaré球的完全访问将是3D极化应用的基础。这种新的SOP与传统的SOP一起能够完整地表示3D自旋及其叠加，这允许拓扑光子学和自旋轨道耦合的多面自由度。在k空间中拓扑界面上的非常规模式也利用不同拓扑的等频率“表面”激发其3D扩展。如图2是使用均匀材料的T自旋模式。

图2 使用均匀材料的T自旋模式

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