在国家自然科学基金项目（61875051、61625502）等的资助下，杭州电子科技大学彭亮副教授团队与浙江大学陈红胜教授、英国伯明翰大学张霜（Shuang Zhang）教授等合作，提出在三维均匀煤质中激发具备横向自旋属性的光子体态，并实验验证了该光子体态的自旋动量耦合和自旋抵消引起的边界表面态现象。研究成果以“Transverse photon spin of bulk electromagnetic waves in bianisotropic media”（双各向异性媒质体块电磁波的横向光子自旋）为题，于2019年10月7日发表在期刊Nature Photonics（《自然-光子学》）上。杭州电子科技大学彭亮副教授为论文的第一作者，彭亮副教授、陈红胜教授和张霜教授为本文通信作者。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41566-019-0521-4

　　 自旋是光子的基本属性之一，其表现为电磁波的电场或磁场量随时间发生旋转。通过操控光子自旋，可以实现光子的定向辐射、定向吸收、定向导波、极化检测与转换、模式选择等，因而在光通信、光芯片、光器件等方面具有潜在的广泛应用。

　　 在本项工作中，研究团队首先将等离子体激元表面态的波动行为与均匀媒质中的体态波动行为进行数学形式上的映射；对具有横向自旋的电磁场所具有的对称性的严格分析，从理论上证明了引入磁电正交耦合是在互易、无耗媒质中激发标准横向自旋光子的唯一途径；并通过实验验证了相关结论。其次，研究团队通过散射实验论证了横向自旋光子体态的自旋动量锁定特性，见图1所示。再次，研究团队创新地提出，若两种均匀媒质的光子体态具备相向的横向自旋属性，则在这两种媒质的交界面上将出现横向自旋相抵消的现象，进而激发出无自旋特性的线性极化边界态，这也是首次发现的无自旋的电磁波表面态，见图2。深入研究表明，通过调整两种超构材料的平面内取向，可有效调节横向自旋抵消的程度，从而对表面态的色散实现操控，如实现零折射率导致的鲁棒传态。

　　图1. a，横向自旋光子体态的散射实验示意图；b，横向自旋光子体态对入射光子态表现出强的自旋选择性。

　　图2. a，两媒质边界上的自旋抵消与线性极化边界态；b，自旋抵消调节与边界态的色散调控。