光子系统中的类狄拉克色散使得模拟相对论自旋-1/2粒子的色散成为可能，从而发展了光子拓扑绝缘体的概念。尽管最近演示了各种拓扑光子相，狄拉克光子系统所提供的全部潜力，特别是它们模拟自旋自由度的能力（赝自旋，超越拓扑边界模式）仍然没有得到充分的探索。
近期，来自美国纽约城市大学的Alexander B. Khanikaev教授团队证明了具有光滑一维俘获规范势的光子狄拉克超表面可以作为有效波导，其模式携带赝自旋（图1A）。结果表明，由于两个贋自旋具有不同的场分布，空间变化的规范势不均匀地作用在两个贋自旋上，从而可以通过自旋来控制导模，这是传统光波导无法实现的（图1B）。
实验上，他们通过设计硅纳米光子超表面证明了这些导模的性质，并揭示了其独特的自旋相关辐射特性（图1C）。相反赝自旋的模式表现出不同的辐射寿命，对入射光的耦合不同，即光的非厄米自旋霍尔效应。同时，为了证明所提出的俘获机制对于狄拉克光子系统的普适性，他们基于dimerized photonic graphene和 Kagome lattice的两种具有反对称俘获势的谷光子晶体结构演示了谷极化导模的产生（图1D）。这些结构的特点是导模出现在光锥下方，因此不会出现辐射泄漏，这对于长距离传输或高品质因子的器件是有益的。因此，所提出的赝自旋依赖（包括能谷依赖）行为的方案可以在任何类型的狄拉克光子系统中实现。
本文所报道的模式spin-full特性将在片上量子光子器件中找到应用出口，其中量子信息可以通过光子赝自旋来进行编码。导模的自旋相关场分布和辐射寿命表明光子狄拉克超表面可以用于自旋复用，例如通过控制光学导模的自旋相关场分布和辐射特性，从而在光子芯片上选择性地控制光与物质的相互作用，这对于极化声子、有源和非线性光子器件具有重要意义。
Nature Nanotechnology 2023, https://doi.org/10.1038/s41565-023-01380-9
