摘要
以六方氮化硼(Hexagonalboronnitride,hBN)为代表的天然双曲材料，其声子光学模与入射光电场耦合形成表面声子极化子(SurfacePhononPolarons,SPhPs),其损耗主要源于声子散射，是新器件研发的首选材料。在中红外到太赫兹频区内，石墨烯(Graphene,Gr)表面等离激元(SurfacePlasmonPolaritons,SPPs)的共振频率具有连续可调性。将天然双曲材料hBN作为基底，石墨烯覆于上方，表面声子极化子与表面等离子激元的强耦合可形成表面等离声子极化子(SurfacePlasmonPhononPolarons,SPPPs)。该新型SPPPs的损耗远小于金属SPPs,可通过外加电场、改变费米能级等手段实现对其光学特性的有效调控。本文利用等效介质理论结合电磁边界条件及麦克斯韦方程组，从理论上研究了由六方氮化硼与石墨烯耦合形成的graphene/hBN超表面结构中的自旋霍尔效应。主要进行了以下工作: 1.通过在半无限hBN上引入一层石墨烯纳米带，构建一种可调的光子自旋霍尔效应结构。由于hBN中SPhPs与石墨烯中SPPs的相互作用，自旋位移与未铺石墨烯相比，有了明显的改变。在第一剩余频率带附近，自旋位移明显增强，而在第二剩余频率带附近则明显减弱。由于石墨烯纳米带偏转角度的存在，左右旋圆偏转位移出现不对称现象，且通过调节偏转角度的大小可以有效的调节自旋位移的大小。除此之外，还研究了入射光角度、化学势、石墨烯占有率和石墨烯纳米带的层数对自旋位移的调节作用。这些发现为基于自旋光学和光子控制的纳米光学器件提供潜在的应用前景。 2.在以hBN为底层基座的衬底上，铺上一定厚度的矩形光栅，光栅层由石墨烯等间距隔开的平行矩形hBN条组成，构建了graphene/hBN光栅超表面结构。运用传输矩阵的方法，计算电磁场的关系式和菲涅尔反射系数，进一步探究了反射光束在介质表面产生的自旋霍尔效应。研究发现，当把材料结构变为光栅结构后,可以通过调节石墨烯空间占有率来实现对自旋位移的调控。此外，通过调节入射角、光栅结构的偏转角度和化学势也可以有效地调控自旋位移的大小和出现自旋位移所对应的频率位置。
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