[发明专利]一种实现光自旋霍尔效应的金属微纳结构

说明书

技术领域

本发明涉及微纳光学领域，更具体的说，涉及一种能够实现光自旋霍尔效应的金属微纳结构。

背景技术

金属微纳结构作为特异材料的重要组成，通过在结构的关键尺度上的对结构有序设计，可以突破某些表观自然规律的限制，从而获得超出自然界固有的普通性质的超常材料功能。随着微纳金属结构的提出，不同种类的人工微纳结构越来越引起人们的关注，也逐渐应用到不同的领域。金属微纳结构研究的前期工作主要是实现对材料的介电常数和磁导率的调节，自从2002年利用传输线制备介电常数和磁导率同时为负的左手材料的思想被提出后，人们对基于传输线的特异材料进行了大量的研究，2012年刘若鹏等人在专利“2011101795271”中提出了具有不同介电常数的新型超材料，能够满足不同的电场响应需求。

与此同时，金属微纳结构引起的表面等离激元的研究引起人们的关注，所谓表面等离激元[surface plasmon polariton(SPP)]即光入射到刻有特定微纳结构的金属表面后，外部电磁波和金属结构相互作用，引起金属与介质分界面上自由电子发生集体震荡，电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的近场电磁波即为表面等离激元。通过控制微纳结构的形状及排布可以操控表面等离激元的传播途径，可以解决光学中长期不能解决的问题，如高密度光学存储，近场光学探测等。

所谓光自旋霍尔效应，即光束在经过非均匀介质后，自旋角动量相反(左、右旋圆偏振)的光子在垂直于入射面的横向相互分离，造成光束的自旋分裂，它类似于电子系统中的自旋霍尔效应。2008年Hosten和Kwiat首次在实验中直接观察到了光的自旋霍尔效应[science,2008,319:787],此外以色列Hasman小组在2008年通过与自旋相关的表面等离激元实验也证明了光的自旋霍尔效应[Phy.Rev.Lett.,2008,101:043903]。由于对表面等离激元的研究对探索新型微纳光子学器件有重要的意义，所以研究新的和自旋相关的表面等离激元效应显得更加重要。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是：提供一种实现光自旋霍尔效应的金属微纳结构，通过入射光和该金属结构的自旋-轨道相互作用实现能够实现局域表面等离子激元的涡旋和表面等离激元的方向性传输。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种实现光自旋霍尔效应的金属微纳结构，该金属微纳结构包括二氧化硅衬底及连接在二氧化硅衬底上的刻有微纳结构的金属表面；微纳结构是刻在金属表面上的空气凹槽；

取金属与空气接触面内椭圆纳米凹槽的圆心为O点，过该点平行于长轴的轴为OX轴，垂直于长轴的轴为OY轴,垂直于XOY面由金属面指向外的方向为OZ轴。

优选的，所述的金属表面由银、铜、铝或者金制成。

优选的，所述的微纳结构为椭圆圆环形空气纳米谐振腔，该谐振腔内长轴半径为a，短轴半径为b，长轴方向腔体宽度为g₁,短轴方向腔体的宽度为g₂。

优选的，所述的a＝150nm，b＝50nm，g₁＝150nm,g₂＝100nm。

优选的，所述微纳结构的按周期P排列，实现表面等离激元方向性传输，其相邻结构间x，y方向的距离为P_x，P_y。

优选的，P＝1343.5nm，P_x＝P_y＝950nm。