近日，複旦大學未來信息創新學院王俊課題組利用各向異性二維鈣鈦礦微腔，實現了室溫下激子極化激元（exciton polariton）的Rashba–Dresselhaus自旋-軌道耦合，並展示了其自旋霍爾效應。研究從(cong) “幾何相位”與(yu) “規範場”的新視角揭示了自旋-軌道耦合的起源：Polariton在微腔內(nei) 傳(chuan) 播的偏振演化可在龐加萊球上積累幾何相位，生成等效規範場，驅動Polariton自旋在動量空間分裂。相關(guan) 成果以“Polariton Spin Separation and Propagation by Rashba–Dresselhaus Spin–Orbit Coupling in an Anisotropic Two-Dimensional Perovskite Microcavity”為(wei) 題發表在國際學術期刊《Nano Letters》上，並入選封麵文章。

自旋-軌道耦合是關(guan) 聯粒子自旋與(yu) 軌道運動的基本相互作用，主導自旋的分離與(yu) 傳(chuan) 輸等現象。其中，Rashba–Dresselhaus型自旋-軌道耦合尤為(wei) 重要，可在動量空間引起自旋解簡並。近年來，Rashba–Dresselhaus自旋-軌道耦合的研究已拓展至光子體(ti) 係和光–物質強耦合體(ti) 係。然而，這些係統中自旋-軌道耦合效應的起源與(yu) 腔內(nei) 光子偏振演化之間的內(nei) 在聯係，仍未能給出直觀的物理圖像與(yu) 係統性的理論闡釋。

圖1. 2D各向異性鈣鈦礦微腔及自旋-軌道耦合機理圖

基於(yu) 該問題，團隊構建了二維鈣鈦礦(PEA)₂PbI₄微腔結構，通過角分辨熒光光譜觀測到動量空間的色散分離，確認了自旋-軌道耦合效應。理論分析表明：在龐加萊球上，兩(liang) 次“等效半波片”傳(chuan) 播與(yu) 兩(liang) 次鏡麵反射在偏振空間構成閉合回路，累積出非零幾何相位，進而生成等效規範場，使偏振相關(guan) 的色散關(guan) 係在動量空間出現非簡並劈裂。

圖2. Rashba-Dresselhaus自旋-軌道耦合實驗與(yu) 理論計算

在此基礎上，團隊利用該自旋-軌道耦合所誘導的自旋非簡並行為(wei) ，在共振泵浦下選擇性激發極化激元，在實空間圓偏振成像中清晰地觀測到與(yu) 自旋相關(guan) 的分離與(yu) 傳(chuan) 播行為(wei) ，即自旋霍爾效應。該研究不但解釋了各向異性微腔中 Rashba–Dresselhaus自旋-軌道耦合的起源，還實現室溫極化激元自旋的分離與(yu) 傳(chuan) 播，為(wei) 片上光子自旋調控提供了新思路，有望推動自旋信息處理、自旋光子器件的發展。

複旦大學王俊副教授為(wei) 論文的通訊作者，博士研究生陳澤磊、王小宇為(wei) 共同第一作者。該工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、上海市科委研究項目的資助。