CN114910177B 一种利用电子束激发光自旋霍尔效应的方法及其操控 （北京大学）

cathodoluminescencein一种利用电子束激发光自旋霍尔效应的方本发明公开了一种利用电子束激发光自旋移动电子束改变激发区域即可实现光自旋霍尔效应有-无以及左右旋圆偏振光辐射方向的切2边边缘中点和长方形金属纳米结构的中心之间切换实现光自旋霍尔效应的有-无调控，而将电子束的轰击位置在长方形金属纳米结构的两条长边边缘中点之间切换实现左右旋圆5.一种利用光子自旋作为信息载体的方法，基于权利要求1所述的操控光自旋角动量3[0002]自旋霍尔效应(spinHalleffect，SHE)最初是描述存在于材料中的自旋电子分种与自旋相关的效应可以进一步推广到光学领域，并被称之为光自旋霍尔效应(optical这对利用光子的自旋自由度进行光学信息的传输和处理具有重息载体的操纵。其正交性和高维性的特点在信息编码和信息密码学方面有广泛的应用前4旋注入的电子束激发可通过金属纳米结构支持的等离激元共振来调制光子自[0007]一种光自旋霍尔效应的激发方法(见图1)，用于无自旋注入的光子自旋角动量的射方向分离的现象。因此移动电子束改变激发区域即可实现光自旋霍尔效应有-无以及左[0012]本发明所提出的电子束激发光自旋霍尔效应是首个利用电子束激发等离激元实[0015]图3显示了本发明具体实施方式中金属纳米结构在30keV电子束激发下不同旋性5[0016]图4显示了本发明具体实施方式中金属纳米结构在30keV电子束激发下左旋圆偏振和右旋圆偏振阴极荧光光谱分量和阴极荧光手[0017]图5显示了本发明具体实施方式中金属纳米结构数值模拟的在中心波长处不同电[0018]图6显示了本发明具体实施方式中金属纳米结构在30keV电子束激发下左旋圆偏[0020]图8显示了本发明具体实施方式中金属纳米结构数值模拟的光激发下中心波长处[0021]图9显示了本发明具体实施方式中不同尺寸金属纳米结构数值模拟的电子束激发[0022]图10显示了本发明具体实施方式中金属纳米结构数值模拟的偏离中心波长处不[0025]电子束激发光自旋霍尔效应是通过电子束轰击金属纳米结构产生等离激元共振明中电子束对于金属等离激元共振的激发基于电子束激发与圆偏振光照射的互易原理：x62/Si衬底。[0031]步骤二、对SiO2/Si衬底使用有机溶剂进行超声清洗，按照丙酮(清洗时间10-15min)→乙醇(清洗时间10-20min)→去离子水(清洗时间20-30min)的顺序进行超声清洗，[0032]步骤三、在上一步骤得到的SiO2/Si衬底的上表面旋涂PMMAA2胶(3000rad/s，互补金属氧化物半导体元件(ComplementaryMetalOxideSemiconductor,简称CMOS)捕获，样品阴极荧光的圆偏振分量通过放置于收集光路的四分之一波片和线偏振片进行提取，四分之一波片的长轴与线偏振片偏振方向成±45°,可分别提取左旋与右旋圆偏振分长方形金属纳米结构电子束激发产生的等离激元共振峰位为630nm，与实验探测得到的阴极荧光光谱一致。实验测量在扫描电子显微镜(FEIQuattroC)中的阴极荧光显微成像系统(Sparc)进行，使用四分之一波片(AQWP10M-600，THORLABS)和线偏振片(LPVIS100，过在光路中放置中心波长650nm的陷波滤波片收集650nm波长处样品的角分辨辐射方向信状态下荧光信号峰值均位于630nm，金属纳米结构等离激元共振峰位与光学圆二色性峰位7辐射方向位于左半球，即激发这两个位置产生了左右旋圆偏振分量辐射方向分离的现象，中点位置移动约80nm到金属结构下边缘中点位置可实现左右旋圆偏振分量辐射方向的反属纳米结构并收集左右旋圆偏振分量及全偏振的辐射方向信息，图8展现了角分辨探测结右旋圆偏振分量的辐射方向信息(见图9)，在较大纳米结构尺寸下光自旋霍尔效应现象显光子自旋这种新的信息载体，在光信息和量子信息领域有广阔的应用前景。图11给出了本发明在自旋编码上的应用方式。将左旋圆偏振分量辐射方向位于左半球、右旋圆偏振分量量辐射方向未分离的远场角分辨模式定义为擦除码，用以提高通过设计电子束扫描路径，实现不同编码信息的输出。利用光子自旋编码提供一种别于电平强度的编码方式，新的信息载体提高光信号的信息承载量。电子束激发光自旋霍尔效应89