近日，湖南大学物电院张文帅等人研究了各向异性二维原子晶体表面的光子自旋霍尔效应和光的自旋-轨道相互作用，揭示了光子波包在垂直于折射率梯度的方向发生自旋分裂的现象。研究人员以黑磷为例，阐述了在黑磷表面上的光子自旋霍尔效应。光子自旋霍尔效应表现为自旋相关的横向和平面方向两个维度上的光束位移。研究人员证明了自旋相关的位移对光轴的取向、掺杂浓度和带间跃迁非常敏感。这些结果可以广泛地推广到其它各向异性二维原子晶体。通过引入量子弱测量技术，光子自旋霍尔效应对于检测各向异性二维原子晶体的参数具有很大的潜力。

二维（2D）原子晶体由于其独特的电子和光子特性，在光电应用中具有广阔的应用前景。因此，在光电子应用中对于光-物质相互作用的基本理解是必不可少的。光子自旋霍尔效应（SHE）在光-物质相互作用中表现为自旋相关的分裂，可以认为是光的自旋-轨道相互作用的结果。光子自旋霍尔效应可以认为是电子束自旋霍尔效应的直接光子类比，并在三维体晶体中得到了广泛的研究。光子中的自旋相关的分裂通常是在亚波长尺度上，这可以通过信号增强技术也就是量子弱测量技术来观察。

图1 笛卡尔坐标系中黑磷表面波反射的示意图。

近些年，各国科研人员在二维原子晶体的表面上进行了光子自旋霍尔效应和光子的自旋-轨道相互作用的相关研究。通常，二维原子厚度晶体表面的反射和折射的解释是具有有效折射率和有效厚度的均匀介质。然而，人们不需要涉及有效折射率来描述原子厚度晶体表面的光-物质相互作用和自旋-轨道相互作用。在石墨烯衬底系统的量子霍尔体系中，人们已经定量地预测了量子化的Imbert–Fedorov效应和Goos–H?nchen效应。光子霍尔位移对电荷载流子的自旋和波谷性质非常敏感，这为研究自旋电子学和能谷电子学提供了一个前所未有的途径。研究人员通过微弱测量技术观察到石墨烯表面上的光束位移。此外，还预测了石墨烯表面的强自旋轨道相互作用和巨大的自旋相关的位移。

图2 自旋霍尔位移作为光轴角和频率的函数。

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