Photonic spin Hall effect mediated by bianisotropy
被称为双各向异性的散射体的电和磁响应的耦合实现了丰富的物理和独特的光学现象，包括不对称吸收或反射、单向透明和光子拓扑相位。在这里，我们证明了另一个功能源于双各向异性的响应，即，偏振相关的光散射双各向异性介质元原子与破缺镜像对称性，这产生了一个光子模拟的自旋霍尔效应。基于一个简单的偶极模型，我们解释了这种效应的起源，并通过对单个亚原子和亚原子阵列的光子自旋霍尔效应的实验观察证实了我们的结论。
2018-11-08 physics.optics
Quantized photonic spin Hall effect in graphene
研究了在外加磁场作用下石墨烯-衬底系统的光子自旋霍尔效应。在量子霍尔机制下，我们证明了光子SHE中的面内和横向自旋相关分裂表现出不同的量子化行为。量子化的SHE可以被描述为量子化的几何相位（Berry相位）的结果，其对应于量子化的自旋-轨道相互作用。在此基础上，提出了一种基于量子弱值放大的太赫兹波段量子SHE探测实验方案。通过引入量子弱测量技术，量子化光子SHE在检测量子化霍尔电导率和Berry相位方面具有很大的潜力。这些结果可以弥补石墨烯中电子SHE和光子SHE之间的差距。
2017-04-20 physics.optics
Magnetized Epsilon-Near-Zero (ENZ) Structures: Hall Opacity, Hall Transparency, and One-Way Photonic Surface States
本文研究了横磁（TM）电磁波在Voigt位形磁化近零（ENZ）介质中的体相和表面的传播。我们发现，在一定范围内的材料参数的波传播的新制度出现：我们表明，介质的透明度可以改变与磁化导致磁致霍尔不透明或霍尔透明的ENZ。在我们的理论研究中，我们证明了在透明或不透明的霍尔介质和均匀介质之间的界面处的表面波，在某些条件下，可能主要是单向的。此外，我们预测，单向光子表面态可能存在于一个不透明的霍尔ENZ和一个规则的金属的界面上，从而产生的可能性，反向散射免疫波的传播和隔离。
2013-09-10 physics.optics
Dual-polarization huge photonic spin Hall shift and deep-subwavelength sensing based on topological singularities in one-dimensional photonic crystals
本文揭示一维光子晶体深亚波长区域中有效介质理论因拓扑奇点而失效，发现拓扑奇点附近可实现s/p双偏振巨光子自旋霍尔位移，并据此提出深亚波长双偏振传感及多通道宽带自旋光学器件设计方法。
2024-02-20 physics.optics
Photonic quantum Hall effects
本文综述了光子量子霍尔效应的发展，涵盖几何相位、拓扑能带理论推广及器件应用，并展望非线性与量子领域的研究。
2022-08-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Giant photonic spin Hall effect near the Dirac points
传统光学界面上光的自旋-轨道相互作用的起源在于光子偏振的横向性质：与平面波分量相关的偏振经历略微不同的旋转，以满足反射或折射后的横向性。拓扑光子材料的最新进展为重新研究光在独特光学界面上的自旋轨道相互作用提供了重要的机会。在这里，我们建立了一个通用模型来描述光子狄拉克亚晶中光的自旋轨道相互作用。当高斯光束入射到光子狄拉克晶体的界面时，在狄拉克点附近发现了巨大的光子自旋霍尔效应。巨光子自旋霍尔效应是由于光的强自旋轨道相互作用，表现为不同平面波分量的大的偏振旋转。我们相信，这些结果可能提供洞察的基本性质的自旋轨道相互作用的光在拓扑光子系统。
2020-01-18 physics.optics
All-optical control of the photonic Hall lattice in a pumped waveguide array
量子霍尔系统具有拓扑保护的边缘态，在费米子和玻色子系统中都有着重要的理论和实际意义。在具有较低维度的光学平台中利用量子霍尔效应对于合成维度是高度期望的，并且在光子学社会中引起了广泛的兴趣。在这里，我们介绍了一种替代的方式来实现人工磁场在频率维度，这是实现在一个泵-探测配置与交叉相位调制的一维四波导阵列。研究了拓扑手征边缘态的动力学性质，并探讨了泵浦光场串扰对拓扑手征边缘态动力学性质的影响。我们的工作为在光子系统中模拟量子霍尔系统提供了一种全光学方法，并在波导系统中操纵光方面具有潜在的应用价值。
2021-11-30 physics.optics
Photonic spin Hall effect in topological insulators
本文从理论上研究了高斯光束经空气-拓扑绝缘体界面反射后的光子自旋霍尔效应。光子SHE是由自旋轨道耦合引起的，表现为面内和横向自旋相关的分裂。我们揭示了自旋轨道耦合效应可以通过调节轴子角的变化来路由。与横向自旋相关分裂不同，我们发现面内分裂对轴子角敏感。结果表明，由于自旋相关的分裂，磁光克尔效应中的偏振结构发生了显著的改变。从理论上提出了一种通过探测光子SHE的面内分裂来确定轴子耦合强度的弱测量方法。
2013-11-04 physics.optics
Photonic spin Hall effect in metasurfaces with rotational symmetry-breaking
在具有旋转对称性破缺的介质基超颖表面中观察到了光子自旋霍尔效应。我们发现自旋相关的分裂是实位置空间中唯一的角分裂，并归因于空变的Pancharatnam-Berry相（PB）。通过入射光束和超颖表面的中心轴的未对准打破PB相的旋转对称性，可以观察到自旋相关的移位。我们发现，自旋相关的位移可以通过增加的旋转速率的超颖表面增强，所以超颖表面提供了一个很大的灵活性，在光子SHE的操作。
2014-08-04 physics.optics
Photonic spin Hall effect in hyperbolic metamaterials at visible
传输中的光子自旋霍尔效应是取决于入射光束的偏振的出射光束的横向光束移位。具有高各向异性的材料可以显著增强这种效果。我们报告的第一个实验演示的光子自旋霍尔效应在多层双曲形超材料在可见光波长（波长为520 nm和633 nm）。该超材料由金和氧化铝交替层组成，具有深亚波长厚度，表现出极大的各向异性。角分辨偏振测量显示对于厚度为176 nm的超材料的165 $μm$的偏移。另外，横向光束偏移对入射角的变化极其敏感，理论上入射角变化为270个具有一毫弧度的$μm$（$0.057^\circ$）。这些特征可以导致具有高角分辨率的小型化自旋霍尔开关和滤波器。
2018-07-10 physics.optics
Realization of tunable spin-dependent splitting in intrinsic photonic spin Hall effect
报道了在本征光子自旋霍尔效应中实现可调谐自旋相关分裂。通过破坏圆柱形矢量光束的旋转对称性，矢量光束的两个自旋分量所携带的类似于几何Pancharatnam-Berry相位的本征涡旋相位在方位角方向上不再连续，并且导致在光束的相对边缘处观察到自旋积累。由于相位的固有性质和光与物质相互作用的独立性，所观察到的光子自旋霍尔效应是本征的。调制矢量束的拓扑荷，可以增强自旋相关的分裂，并且可以切换自旋积累的方向。我们的研究结果可能为自旋极化光子的产生和操纵提供一条可能的途径，并使基于自旋的光子学应用成为可能。
2014-10-13 physics.optics
Realization of Tunable Photonic Spin Hall Effect by Tailoring the Pancharatnam-Berry Phase
光子自旋霍尔效应（SHE）领域的最新发展为光学参数（折射率、厚度等）的有利测量提供了新的机会。纳米结构，并使自旋为基础的光子学应用在未来。然而，它仍然是一个挑战，以开发一个可调谐的光子SHE与任何所需的自旋相关的分裂的自旋极化光子的产生和操纵。在这里，我们实验证明了一个方案，实现光子SHE可调剪裁的空间变化的潘查拉特南-贝里相位（PBP）。结果表明，光束的偏振与可调的空间不均匀性可以有助于转向的空间变化的PBP创建一个自旋相关的几何相位梯度，从而可能实现可调的光子SHE与任何所需的自旋相关的分裂。我们的方案提供了一个方便的方法来操纵自旋光子。所得结果可以推广到具有类似拓扑起源的其它物理系统。
2014-06-29 physics.optics
Photonic spin Hall effect from quantum kinetic theory in curved spacetime
基于量子场论，我们建立了弯曲时空中极化光子的Wigner函数和量子动力学理论。从这个框架，光子手征/zilch涡效应再现在一个刚性旋转坐标。在空间非均匀坐标系中，我们导出了平衡态光子螺旋度流和能流的自旋霍尔效应。我们的推导揭示了这种光子霍尔效应与光子涡旋效应通过洛伦兹不变性联系在一起，并且它们的输运系数是相互匹配的。
2022-05-19 cond-mat.mes-hall hep-th physics.optics
Polarization manipulation of giant photonic spin Hall effect using wave-guiding effect
在等离子体激元系统中，增强的光子自旋霍尔效应（PSHE）先前仅对于水平偏振是可能的。利用波导表面等离子体共振（WG-SPR）效应，我们报道了水平和垂直偏振波反射光的巨光子自旋霍尔效应（G-PSHE）。我们研究了具有附加玻璃介质层的Kretschmann结构中偏振控制的G-PSHE。这个额外的电介质层使我们能够实现毫米级（超过2毫米到亚毫米）的G-PSHE。我们利用波导和SPR理论设计了新颖的结构，实现了偏振操纵。使用模拟研究，我们研究了一个额外的薄介电层上G-PSHE的影响。这项研究使基于水平和垂直偏振的量子器件和传感器的潜在应用成为可能，其中光自旋起着关键作用。
2022-05-17 physics.optics
Coherent control of photonic spin Hall effect in a Cavity
本文理论研究了腔中四能级原子系统通过相干控制实现光子自旋霍尔效应的可调谐操控，发现CTL和Λ型在共振时最大位移为入射束腰一半，而N型可通过原子密度和控制场强度进行额外调控。
2025-09-25 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Quantized Hall drift in a frequency-encoded photonic Chern insulator
Université de Montréal（蒙特利尔大学）；INO-CNR（意大利国家研究委员会光学研究所）；Università di Trento（特伦托大学）；Ecole Polytechnique（巴黎综合理工学院）；Institut Polytechnique de Paris（巴黎理工学院）；Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR), Tohoku University（东北大学材料科学研究高等研究院）；Institut Courtois（库尔瓦研究所）
该研究通过在光学纤维环平台的合成频率维度上编码哈达玛模型，实现了具有打破时间反演对称性的光子陈绝缘体，展示了量子霍尔漂移的鲁棒性及其在光子系统中的应用潜力。
2026-02-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Second-harmonic generation via double topological valley-Hall kink modes in all-dielectric photonic crystals
非线性拓扑光子学探索了拓扑相位和非线性光学领域的共同主题，有望开辟拓扑光子学的新范式。在这里，我们展示了二次谐波产生（SHG）通过双拓扑谷霍尔扭结模式在全介质光子晶体（PhCs）的非线性相互作用。我们首先表明，两个拓扑频率带隙可以创建周围的一对频率，$ω_0$和$2ω_0$，通过缺口出相应的狄拉克点在二维蜂窝光子晶体。在两个频率带隙内产生了沿着以镜像对称方式放置在一起的两个光子晶体之间的扭结型畴壁界面的谷-霍尔扭结模式。重要的是，通过全波模拟和模式色散分析，我们表明，可调谐的，双向相位匹配的SHG通过两个带隙内的谷霍尔扭结模式的非线性相互作用，可以实现。特别是，通过使用与谷霍尔扭结模式的磁性部分相关联的斯托克斯参数，我们引入了一个新的概念，SHG定向二向色性，这是用来表征用于感测手性分子的光学探针。我们的工作开辟了新的途径，拓扑保护的非线性混频和有源光子器件实现在全介质材料平台。
2021-04-07 physics.optics
Goos-Hänchen Shift and Photonic Spin Hall Effect in Semi-Dirac Material Heterostructures
本研究通过理论建模揭示了半狄拉克材料的各向异性介电函数及无质量狄拉克电子漂移对光子自旋霍尔效应和古斯-汉欣位移的调制作用，为设计可调光子器件提供了新平台。
2025-04-15 physics.optics
Photonic spin Hall effect for precision metrology
光子自旋霍尔效应（SHE）通常被认为是有效的自旋-轨道耦合的结果，其描述了光束的自旋（偏振）和轨迹的相互影响。由于光子SHE中自旋相关的分裂对不同系统的物理参数变化非常敏感，因此光子SHE在精密计量方面具有很大的潜力。值得注意的是，使用弱测量，这种微小的自旋相关的位移可以检测到所需的精度，从而可以确定相应的物理参数。本文综述了我们在利用光子SHE测量纳米金属薄膜厚度、识别石墨烯层、探测拓扑绝缘体中的轴子耦合强度以及确定磁性薄膜的磁光常数等方面的工作。
2014-09-05 physics.optics
Induced Berry Connection and Photonic Spin Hall Effect in Optical Dirac Theory
本文在光学狄拉克理论框架下建立了描述光子自旋轨道相互作用与自旋/轨道霍尔效应的场论模型，揭示螺旋路径挠率诱导的旋转耦合及几何相位中SAM与IOAM的联合贡献，并发现椭圆偏振与圆偏振光几何相位的差异。
2025-07-03 physics.optics quant-ph
Observation of strong backscattering in valley-Hall photonic topological interface modes
本研究测量谷霍尔拓扑波导慢光区的损耗，发现其无结构缺陷背向散射的拓扑保护，损耗源于安德森局域化，对互易光子学中拓扑保护的实际价值提出根本性质疑。
2024-04-16 physics.optics
Gain-assisted control of the photonic spin Hall effect
本文提出增益辅助模型，通过双光子拉曼跃迁调控反射光的光子自旋霍尔效应，实现自旋累积方向切换及峰值和角度范围的可控调节，为光学传感等自旋应用提供新途径。
2025-06-02 physics.atm-clus physics.optics quant-ph
Microwave Controlled Photonic Spin Hall Effect in Atomic System and Microwave Electrometry
Pakistan Institute of Engineering and Applied Sciences (PIEAS)（巴基斯坦工程与应用科学研究所）；Center for Mathematical Sciences, PIEAS（PIEAS数学科学中心）
通过微波场调控Λ型原子系统中的光子自旋霍尔效应，实现其大小和角度位置的控制，为量子传感和光学开关提供新方法。
2026-09-09 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Topological transitions induced by cavity-mediated interactions in photonic valley-Hall metasurfaces
光的拓扑相位表现出超越传统光子学领域的独特性质。特别地，谷-霍尔拓扑绝缘体已经在各种光子结构中实现，因为它可以通过打破某些晶格对称性而容易地诱导。然而，谷陈数通常是固定的设计和相应的拓扑边缘状态被迫在一个固定的方向上传播。在这里，我们提出了一种机制，诱导拓扑结构的转变，通过意外的狄拉克点在元表面组成的相互作用的偶极发射器/天线。对于一个固定的安排偶极子，我们表明，拓扑相位严重依赖于周围的电磁环境介导的偶极-偶极相互作用。为了访问不同的拓扑相位，我们将超表面嵌入腔波导内，其中可以通过减小腔宽度将主导偶极耦合从短程库仑相互作用调谐到长程光子介导的相互作用;这导致拓扑转变，其特征在于valley-Chern数的反转。因此，我们表明，可以切换的手征性的拓扑边缘状态，通过修改只有电磁环境中的偶极子被嵌入。这种机制可能对其他拓扑相，如光子高阶拓扑绝缘体有重要的影响。
2020-10-04 physics.atom-ph physics.optics quant-ph
Topologically protected Fano resonance in photonic valley Hall insulators
光子学的迅速发展带来了许多有趣的共振光学现象，其中Fano共振（FR）因其在光开关和光传感中的应用而一直备受研究者的关注。然而，它对环境条件的敏感依赖性使得它很难在实验中实现。我们在这项工作中提出了一个拓扑保护FR的基础上的光子谷霍尔绝缘体，免疫系统杂质。拓扑保护的FR是通过耦合谷依赖的拓扑边缘态（TES）与一个双简并腔实现的。我们建立的$δ$型光子输运理论揭示了这种拓扑FR源于奇偶奇腔模和奇偶偶腔模两种传输的干涉。我们证实，诱导的Fano线形状的透射光谱是强大的弯曲畴壁和障碍。我们的工作可能会引发令人兴奋的前沿操纵谷运输和铺平了道路的拓扑保护的光子器件，如光开关，低阈值激光器和超灵敏传感器。
2021-07-11 physics.optics
Scattering-Free Optical Edge States between Heterogeneous Photonic Topological Insulators
我们提出了一套三个简单的光子平台，能够模拟量子拓扑绝缘相对应的霍尔，自旋霍尔，谷霍尔效应。结果表明，任何两个异质光子拓扑绝缘体之间的界面支持无散射表面态。这种拓扑保护表面波的自旋和谷自由度特征决定了它们通过由多个异质界面组成的复杂光子电路的独特路径。
2015-07-19 cond-mat.mes-hall physics.optics
Spin-orbit coupling and optical spin Hall effect in photonic graphene
研究了光子蜂窝晶格中TE和TM光模分裂引起的自旋轨道耦合。使用紧束缚方法，我们计算了解析的能带结构。在狄拉克点附近，我们导出了一个有效的哈密顿量。我们发现，局部约化对称性（$\mathrm{D_{3h}}$）将TE-TM有效磁场转化为具有Dresselhaus对称性的出射场。结果，粒子变得巨大，但没有间隙打开。光学自旋霍尔效应揭示了出射场的对称性。
2014-04-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Observation of Photonic Topological Valley-Hall Edge States
实验证明了在二维反转对称破缺的蜂窝光子晶格中由谷-霍尔效应产生的拓扑边缘态。我们打破反转对称性失谐的两个蜂窝子晶格的折射率，从而产生氮化硼类能带结构。因此，边缘状态存在沿畴壁之间的区域相反谷陈数。我们探测扶手椅和锯齿形畴壁，并表明前者成为缺口的任何失谐，而后者保持ungapped，直到截止达到。谷-霍尔效应为实现时间反转不变性光子拓扑绝缘体提供了一种新的机制。
2017-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
Controlling photonic spin Hall effect via exceptional points
光子自旋霍尔效应（SHE）的特点是入射光束在其偏振旋向性的驱动下发生自旋相关的横向位移，具有许多应用，包括精密计量和基于自旋的纳米光子器件。控制和增强光子SHE是高度期望的。然而，由于光的弱自旋-轨道相互作用，特别是对于具有光学损耗的系统，这样的目标仍然难以捉摸。在这里，我们揭示了一种灵活的方式来调制光子SHE通过特殊的点，通过利用在奇偶时间（PT）对称系统的平衡增益和损耗的横向位移。其物理机制与反射系数在异常点处的近零值和突变相位有关。我们发现，横向位移是在例外点为零，但它在很大程度上增强在其附近。此外，横向移动切换其符号跨越例外点，导致自发PT对称性破缺。由于异常点处横向位移的敏感性，我们的工作还表明，光子SHE可以实现一种精确的方法来探测光子系统中的异常点的位置。
2019-07-10 physics.optics
Photonic spin Hall effect in bilayer graphene Moiré superlattices
超结构的形成-具有相关的莫尔图案-在扭曲双层石墨烯的非凡光学和电子特性中起着至关重要的作用，包括最近观察到的非常规超导性。本文基于光子自旋霍尔效应提出了一种新的跨学科方法来确定扭曲双层石墨烯中的莫尔角。我们发现，光子自旋霍尔效应表现出清晰的指纹的底层莫尔图案，和相关的光束位移远远超出目前的实验灵敏度在近红外和可见光范围。通过发现最大光子自旋霍尔效应位移的频率位置对莫尔角的依赖性，我们认为后者可以明确地通过全光学远场测量访问。我们还公开了，当与古斯-汉兴效应结合时，光的自旋霍尔效应能够完全确定双层的电子电导率。总之，我们的研究结果表明，亚波长的自旋轨道相互作用的光提供了一个前所未有的工具集，研究多层二维范德华材料的光电性能。
2018-11-01 cond-mat.mes-hall physics.optics
Loss-free enhancement of photonic spin Hall shift by electromagnetically induced transparency
本文提出利用原子介质中电磁感应透明抵消光学损耗，通过在布儒斯特角附近降低反射率实现光子自旋霍尔位移的无损耗增强与可调操控。
2025-04-08 physics.optics
Valley Hall edge solitons in a photonic graphene
我们预测了在两个反转对称破缺的蜂窝晶格之间具有畴壁的复合光子石墨烯中谷霍尔边缘孤子的存在并研究了其性质。在我们的系统中的反演对称性被打破，由于失谐引入到蜂窝结构的组成子晶格。我们表明，非线性谷霍尔边缘状态具有足够高的振幅分叉的线性谷霍尔边缘状态支持的域壁，可以分裂成组的亮点由于调制不稳定性的发展，这种不稳定性是一个前兆形成的拓扑亮谷霍尔边缘孤子本地化由于非线性自作用和沿域壁在很大的距离。通过模拟谷霍尔边缘孤子通过$Ω$形畴壁尖角的过程，证明了谷霍尔边缘孤子的拓扑保护。
2022-09-03 nlin.PS physics.optics
Rabi-like oscillation of photonic topological valley Hall edge states
通过在对称性反转破缺的蜂窝光子晶格中引入两个锯齿形畴壁，研究了拓扑谷霍尔边缘态的类拉比振荡。这种共振振荡是由沿着传播方向的晶格深度的弱周期性调制刺激的，其不影响晶格的整体对称性和能带拓扑。振荡伴随着周期性的边缘状态之间的切换具有相同的布洛赫动量，但位于不同的域壁。在布里渊区，开关周期和效率是布洛赫动量的非单调函数。我们讨论了这个谐振过程的效率取决于从谐振值的调制频率失谐。还简要讨论了非线性边缘态的开关。我们的工作为实现时反不变拓扑绝缘体中谷霍尔边缘态的共振振荡提供了一种有效的途径。
2019-05-23 physics.optics
Wide-angle giant photonic spin Hall effect
光子自旋霍尔效应是光的自旋-轨道相互作用的表现，并且可以通过具有相反自旋的光子的横向位移λ来测量。横向位移的精确测量可以实现许多与自旋相关的应用，例如精确计量和光学传感。然而，这种横向位移通常很小（即δ/λ<{10}^{-1}，λ是波长），这阻碍了其精确测量。迄今为止，产生巨自旋霍尔效应（即δ/λ>{10}^{2}）的建议有严重的局限性，特别是它只发生在窄角锥体上（宽度为Δθ<{1}^{ \circ }）。本文提出了一种利用自由空间与单轴ε近零介质的界面实现Δθ>{70}^{ \circ }的宽角巨光子自旋霍尔效应的普适方案。基本机制归因于在所设计的界面处s和p偏振波之间的几乎完美的偏振分裂。值得注意的是，这种几乎完美的偏振分裂不依赖于干涉效应，并且对入射角不敏感，从而产生广角巨光子自旋霍尔效应。
2022-05-18 physics.app-ph physics.optics
Geometric Photonic Spin Hall Effect with Metapolarization
我们发展了一种几何光子自旋霍尔效应（PSHE），它表现为动量空间中自旋相关的位移。它起源于一个有效的空变Pancharatnam-Berry（PB）相位通过人工工程的入射光的偏振分布创建。与先前报道的涉及光-物质相互作用的PSHE不同，在几何PSHE中产生的自旋相关分裂纯粹是几何上依赖于光的偏振分布，光的偏振分布可以通过将其圆偏振基与适当的幅度和相位组合来定制。这种超极化思想使我们能够通过适当地剪裁光的偏振几何形状来操纵几何PSHE。我们的方案提供了极大的灵活性，在各种偏振几何的设计和偏振相关的应用，并可以外推到其他物理系统，如电子束或原子束，具有类似的自旋轨道耦合的基础。
2014-07-03 physics.optics
Topological phase transitions in the photonic spin Hall effect
最近合成的二维交错材料开辟了新兴的机会，研究光学自旋轨道相互作用的半导体类狄拉克系统。我们揭示了石墨烯家族材料中光子自旋霍尔效应的拓扑相变。结果表明，外部静态电场和高频圆偏振激光允许主动按需操纵的电磁光束移位。光的自旋霍尔效应表现出与辐射自由度、材料性质的丰富依赖性，并具有非平凡的拓扑性质。我们发现，光子霍尔位移是敏感的自旋和谷特性的电荷载流子，提供了一个前所未有的途径，研究自旋电子学和谷电子交错的二维半导体。
2017-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Inverse Spin Thermal Hall Effect in Non-Reciprocal Photonic Systems
本文预测了非互易系统中由光子自旋角动量梯度引起的横向辐射热通量，即逆自旋热霍尔效应，并在C4对称磁光网络及空间可变磁场下进行分析，为热管理和能量转换开辟新途径。
2025-01-23 cond-mat.mes-hall physics.optics
Photonic analogue of quantum spin Hall effect
对称性保护的光子拓扑绝缘体与量子自旋霍尔（QSH）相和拓扑绝缘体一样，具有强的赝自旋相关输运特性，在基础物理中具有重要意义.这种传输鲁棒性受到时间反演对称性的保护。由于电子（费米子）和光子（玻色子）遵守不同的统计规则，并与不同的时间反演算子（即，Tf和Tb），Kramers简并的光子对应物是否被玻色子Tb拓扑保护仍然未知。在强磁电耦合的二维光子晶体的带隙中，我们构造了两个光子赝自旋（左/右圆极化）的简并无带隙边缘态.我们进一步证明了拓扑边缘态实际上受到Tf而不是通常认为的Tb的保护，并且它们的伪自旋相关输运对Tf不变杂质具有鲁棒性，首次发现了光子的拓扑本质。我们的研究结果将为新型光子拓扑绝缘体铺平道路，并彻底改变我们对基本粒子拓扑物理的理解。
2014-05-12 cond-mat.mes-hall physics.optics
Pseudospin Hall effect of light in photonic crystals with Weyl points
近年来，光子自旋轨道耦合的研究引起了人们的广泛关注，并在光学领域有着许多潜在的应用。在最近发现的具有Weyl点的超材料--光子晶体中，光子的赝自旋-轨道耦合与自旋-轨道耦合具有相似之处。我们研究了光在这种超材料中的赝自旋霍尔效应，发现在全反射过程中，光束经历了与外尔点的赝自旋（或自旋电荷）成比例的横向位移。由于自旋霍尔效应激发了许多探索光学应用的工作，探索光子轨道自由度和赝自旋自由度之间的耦合在光学领域也可以取得丰硕成果，在其他领域也可以实现Weyl点。
2017-04-02 cond-mat.mes-hall physics.optics
Mathematical Theory for Photonic Hall Effect in Honeycomb Photonic Crystals
DePaul University（德保罗大学）；Auburn University（奥本大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；HKUST（香港科技大学）
本文提出蜂窝光子晶体中光子霍尔效应的数学理论，揭示了界面引导波与拓扑相的关系。
2025-12-30 math-ph math.AP math.MP
Photonic Spin Hall Effect in Waveguides Composed of Two Types of Single-Negative Metamaterials
偏振控制光信号路由在光子学中有许多重要的应用，如偏振分束器。利用二维集总元件传输线，实验研究了由两种单负异向介质构成的波导中导模的选择性激发。放置在两种单负超材料界面附近的局部圆偏振发射器仅与一个导模耦合，该导模具有由源的偏振手性确定的特定传播方向。此外，这种光学自旋-轨道锁定现象，也称为光子自旋霍尔效应，对界面波动具有鲁棒性，这在电磁信号的操纵中可能非常有用。
2017-11-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Large-area quantum-spin-Hall waveguide states in a three-layer topological photonic crystal heterostructure
本文基于 Wu-Hu 模型提出三层光子晶体异质结，利用量子自旋霍尔效应实现任意宽度中间域内均匀分布的大面积螺旋波导态，并验证其幂律带隙标度、单向传播与抗急弯鲁棒性。
2023-04-25 cond-mat.mes-hall physics.optics
Optical Analogue of Quantum Spin Hall Effect in a Two-Dimensional Gyrotropic Photonic Crystal
我们提出了一个在二维光子晶体中的量子自旋霍尔（QSH）效应的光学对应物，该光子晶体由同时具有旋电和旋磁性质的旋致介质组成。这种QSH效应显示了光子拓扑边缘态的单向偏振依赖输运，这对某些无序和杂质具有鲁棒性。更重要的是，我们发现，这种独特的属性是不受传统的时间反演对称性的光子服从玻色子统计，而是由相同的对称性，作为电子的时间反演对称性。基于紧束缚近似方法，我们构造了这种光子结构的有效哈密顿量，它具有类似于电子QSH系统的形式。为了统一模型的拓扑非平凡性，计算了模型的不变量。我们的发现提供了一个可行的方法来利用光学拓扑性质，也可以利用开发一个光子平台来模拟电子的自旋性质。
2014-01-22 cond-mat.mes-hall physics.optics
Experimentally Detecting Quantized Zak Phases without Chiral Symmetry in Photonic Lattices
对称性在识别物质的拓扑相和通过体边界对应建立受保护的边缘状态与拓扑体不变量之间的直接联系方面发挥着重要作用。一维晶格被认为受到手征对称性的保护，表现出量子化的Zak相位和受保护的边缘状态，但不是所有情况下。在这里，我们通过设计一维锯齿形光子晶格，实验实现了一个手征对称性破缺的扩展Su-Schrieffer-Heeger模型，其中长程跳跃破缺了手征对称性，但保证了反转对称性的存在.利用平均平均位移方法，通过光子的连续时间量子行走，直接在体中检测拓扑不变量。我们的结果表明，反转对称性保护量子化的Zak相位，但边缘状态可以消失在拓扑非平凡的阶段，从而打破了传统的体边界对应。我们的光子晶格提供了一个有用的平台来研究拓扑相位，对称性和体积边界对应之间的相互作用。
2021-09-28 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Photonic Anomalous Quantum Hall Effect
我们实验上实现了一个光子模拟的反常量子霍尔绝缘体使用二维（2D）阵列的耦合环谐振器。类似于Halfton模型，我们的2D阵列是平移不变的，具有零净规范通量穿过晶格，并利用次近邻耦合来实现拓扑非平凡的带隙。使用直接成像和片上传输测量，我们表明，带隙主机拓扑鲁棒的边缘状态。我们证明了一个拓扑相变到一个传统的绝缘体的频率失谐的环形谐振器，从而打破了反转对称的晶格。此外，光子在环形谐振器中的顺时针或逆时针循环构成了赝自旋自由度。我们发现，这两个赝自旋获得相反的跳跃相位和各自的边缘状态在相反的方向传播。这些结果是有希望的鲁棒可重构集成纳米光子器件的经典和量子信息处理的应用程序的发展。
2019-04-01 physics.optics
Inverse design of dual-band valley-Hall topological photonic crystals with arbitrary pseudospin states
本文提出基于频域分析和横向自旋角动量的逆向设计框架，用于设计具有任意赝自旋态的双频带谷霍尔拓扑光子晶体波导，实现频率依赖光路由。
2025-03-28 cs.CE physics.optics
Interlayer Topological Transport and Devices based on Layer Pseudospins in Photonic Valley-Hall Phases
谷-霍尔相，首先在二维（2D）材料中提出，起源于谷周围的非平凡拓扑结构，表示动量空间中的局部极值。由于它们被扩展到经典系统中，它们的设计从现有的量子对应物中汲取灵感，并且它们的传输表现出类似的拓扑保护。相反，最近在声学中建立的是，谷-霍尔相中的层赝自旋可以产生特殊的谷-霍尔边缘态，与各种2D材料相比，在界面处具有根本不同的输运行为。在其他经典系统（如光子学）中实现它们，将使我们能够设计出超越量子灵感的拓扑绝缘体。在这项工作中，我们表明，层赝自旋存在于光子谷霍尔相位，使用垂直耦合的设计师表面等离子体激元晶体，在开放环境中的非辐射系统，支持严格限制的传播模式。在我们的结构中可以忽略不计的热和辐射损失为我们直接观察层赝自旋和相关的拓扑现象铺平了道路，这些现象源于它们在实空间和倒易空间中。基于层赝自旋的拓扑相位，如层转换器和层选择的延迟线，操纵信号的光子器件，实验证明，确认层赝自旋作为一个新的自由度携带信息的潜在应用。
2019-07-29 physics.app-ph physics.optics
Precision Measurement of the Optical Conductivity of Atomically Thin Crystals via Photonic Spin Hall Effect
由于原子尺度下光与物质的相互作用很弱，如何测量原子级薄晶体的光学电导率是一个重要而又具有挑战性的问题。光子自旋霍尔效应作为光与物质相互作用的一种基本物理效应，对原子级薄晶体的光学电导率非常敏感。在这里，我们报告了石墨烯的光学电导率的精确测量，其中光子自旋霍尔效应作为测量指针。结合弱值放大技术，将单层石墨烯的电导率作为$(0.993\pm0.005)σ_0$的普适常数进行测量，获得了高的测量分辨率，并与$1.5\times10^{-8}Ω^{-1}$进行了比较。对于无扭曲的少层石墨烯，我们发现电导率随层数线性增加。我们的想法可以提供一个重要的测量技术，探测其他参数的原子薄晶体，如磁光常数，圆二色性，光学非线性系数。
2019-08-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Anomalous quantum Hall effect of light in Bloch-wave modulated photonic crystals
有效的磁场已经能够对包括光子在内的中性粒子进行前所未有的操纵。在大多数研究的情况下，有效规范场是通过空间离散元件之间的模式耦合的相位来定义的，例如在光子的情况下的光学谐振器和波导。在这里，在布洛赫波调制的光子晶体的范例中，我们首次展示了通过Floquet能带工程在传统电介质连续体中为光子创建有效的磁场。通过控制布洛赫波的相位和波矢，我们证明了由于离域波干涉而具有明显拓扑能带特征的光的反常量子霍尔效应。基于无腔结构，利用光子晶体中的导共振可以增强布洛赫波调制，该研究为实现大尺度有效磁场的光束控制和时间反转对称性破缺的拓扑光物质相位打开了大门.
2019-02-07 cond-mat.mes-hall physics.optics
Imaging topological edge states in silicon photonics
从液晶到磁铁，再到分数量子霍尔系统，都有拓扑特征--局部无法辨别的全局性质。对拓扑学在物理学中作用的更深入理解导致了一类新的物质：拓扑有序系统。最著名的例子是量子霍尔效应，其中对局部性质的不敏感性表现为通过边缘状态的电导，其对缺陷和无序不敏感。目前工程拓扑序的研究主要集中在量子霍尔系统的类比，其中所需的磁场在非磁性系统中合成。在这里，我们实现了在室温下的光子合成磁场，使用线性硅光子。我们第一次在二维系统中观察到光的拓扑边缘态，并证明了它们对固有无序和引入无序的鲁棒性。我们的实验证明了利用光子学在非相互作用和多体体系中实现拓扑有序的可行性。
2015-04-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Designing Photonic Topological Insulators with Quantum-Spin-Hall Edge States using Topology Optimization
设计光子拓扑绝缘体是非常重要的，因为它需要反转带隙周围的带对称性，到目前为止，这是通过直觉结合细致的试验和错误来完成的。在这里，我们采取了一种完全不同的方法：我们认为光子拓扑绝缘体的设计作为一个逆设计问题，并使用拓扑优化，以最大限度地提高通过一个尖锐的弯曲边缘模式的传输。由两个不同但最初相同的C $_\text{6v}$对称单位单元组成的两个设计域定义了几何设计问题。值得注意的是，优化的结果在光子拓扑绝缘体让人想起的收缩和生长方法的量子自旋霍尔光子拓扑绝缘体，但具有显着的差异，在晶体的拓扑结构以及定性不同的能带结构和显着改善的性能，如通过带隙尺寸，这是至少50%大于以前的设计。此外，我们发现一个方向的β因子超过99%，和非常低的损失急剧弯曲。我们的方法允许通过设计引入制造限制，并为设计具有迄今为止未探索的对称约束的PTIs开辟了一条途径。
2019-04-17 cond-mat.mes-hall physics.optics
Harnessing Topological Valley-Hall States in Photonic Crystals for Label-Free Refractive-Index Discrimination of Cancer Cell Lines
Department of Electrical and Electronic Engineering, Bangladesh University of Engineering and Technology（电气与电子工程系，孟加拉国工程与技术大学）
本研究设计了6太赫兹硅基谷霍尔光子晶体，构建出高品质因数、高灵敏度的无标记生物传感器，可实现癌细胞的折射率区分，为临床诊断提供了新方案。
2026-08-11 physics.optics
Self-steepening-induced stabilization of nonlinear edge waves at photonic valley-Hall interfaces
本文研究交错光子石墨烯谷霍尔界面的非线性边缘波，通过非线性狄拉克模型发现非线性速度项可稳定高振幅边缘态，并经扰动谱和数值模拟验证，对非线性光子系统有广泛意义。
2023-05-11 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.optics
Synthetic dimensions in integrated photonics: From optical isolation to 4D quantum Hall physics
集成光子学的最新技术进步促进了工程玻色子系统中拓扑现象的研究。事实上，硅环形谐振器阵列的可控性开辟了新的视角，为光子与拓扑非平凡带的晶格，并将其集成到光子器件的实际应用。在这里，我们通过利用硅环谐振器的不同模式作为光子的额外维度来进一步推动这些发展。沿着这个合成维度的调谐是通过一个外部的时间相关的调制，允许工程规范场的产生。我们展示了这种方法如何可以用来产生各种令人兴奋的拓扑现象集成光子学，从一个拓扑鲁棒的光学隔离器在空间一维（1D）环形谐振器链的驱动耗散模拟的4D量子霍尔效应在空间3D谐振器晶格。我们的建议铺平了道路，对使用的拓扑效应在新的光子晶格的设计，支持许多频率通道，并显示更高的连通性。
2016-04-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
