電子自旋可攜帶非易失的量子信息，是量子信息處理與存儲的重要自由度。新近發(fā)現(xiàn)的二維磁性半導體（如CrSBr）兼具強光—物質(zhì)相互作用與磁—電子耦合效應，為自旋電子研究和存儲行業(yè)帶來了新機遇。

　　近期，中國科學院半導體研究所報道了基于二維磁性半導體CrSBr一維超表面的磁振子—光子界面，該CrSBr超表面中承載的連續(xù)體內(nèi)的束縛態(tài)與激子發(fā)生強耦合，形成激子極化激元，其能量和輻射特性都可以通過外部磁場進行調(diào)控。進一步通過瞬態(tài)角分辨反射光譜測量，研究發(fā)現(xiàn)相干光學磁振子能夠?qū)ぷ訕O化激元的能量進行超快調(diào)控，且引入了非平凡的動量依賴性，反映了自旋、磁振子與光子之間的協(xié)同耦合行為。相比之下，聲學磁振子僅表現(xiàn)為局域化調(diào)制信號，未體現(xiàn)出動量相關的相干耦合特征。理論分析表明，這種磁振子模式選擇性來源于CrSBr層間反鐵磁結(jié)構中不同磁振子的對稱性差異。

　　該研究在二維磁性半導體超表面中構建了一種磁振子—光子界面，通過利用二維磁性半導體中強光—物質(zhì)相互作用與磁電效應之間的協(xié)同效應，在CrSBr磁性光子結(jié)構中展示了利用外磁場或相干磁振子對激子極化激元進行靜態(tài)和超快調(diào)控的能力。更重要的是，該研究觀測到了依賴于磁振子模式和動量的磁振子—激子極化激元相互作用，為泵浦光子到光學磁振子的直接動量轉(zhuǎn)移提供了有力證據(jù)，表明強耦合磁振子—激子極化激元雜化態(tài)已形成，揭示了磁性體系中自旋、磁振子與光子之間的相互作用特性。

　　該研究結(jié)果為理解二維極限中的自旋、磁振子和光子相互作用提供了清晰的物理圖像，并為進一步探索基于二維磁性半導體的自旋功能光子和量子器件提供了新的研究平臺。

　　相關研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等的支持。

磁振子—光子界面和光子BICs