耦合非线性环谐振器晶格中光的自旋谷霍尔效应

       光子的不同自由度，即平面蜂窝结构中的光子自旋、谷旋和亚晶格伪自旋之间的相互作用，为实现光的不同霍尔效应提供了丰富的平台，包括具有拓扑保护边缘态的光子自旋霍尔效应和光子谷霍尔效应。这些有趣的现象本质上依赖于精心设计的贝利曲率分布在不同的谷和自旋区。例如，在存在时间反转对称的情况下，人们可以通过自旋轨道相互作用来实现自旋霍尔效应，或者通过打破外部偏置场的反转对称来实现谷霍尔效应。有趣的是，谷和自旋自由度的结合，即自旋谷霍尔效应(SVHE)，已经被确定与二维材料中的反铁磁顺序有深刻的联系，这可能导致自旋电子学的深远意义和应用。此外，光的SVHE有可能会使拓扑保护信道的数量增加一倍，以增加光通信和比特数据传输中的信息容量。然而，由于需要单独违反（伪）费米子时间反转对称性(T)和奇偶性(P)，但保持了联合操作S≡TP的对称性，因此实现SVHE是具有很大的挑战性的。

       近日，来自华中科技大学的陈云天教授团队和香港大学的张霜教授团队提出了一个实验上可行的平台来实现光的SVHE，基于耦合环形谐振腔的光学克尔非线性。由于交叉模调制的固有灵活性，探测光之间的耦合可以以可控的方式进行设计，从而使自旋相关的交错亚晶格势出现在有效哈密顿量中。在精细但实验可行的泵浦条件下，证明了自旋谷霍尔诱导拓扑边缘态的存在。该文章进一步证明，这两个自由度，即自旋和谷，可以以可重构的方式同时操作，以实现自旋谷光子学，使自由度加倍，以增强信息.相关工作发表在《PHYSICAL REVIEW LETTERS》。（郑江坡）

      文章链接：10.1103/PhysRevLett.127.043904