最近，朱永元教授课题组利用超构材料实现巨大的光学旋转。
偏振态是光的重要特征。在物理、生物、化学等方面都有重要的应用价值。如何操控光的偏振态是当前的重要研究课题之一。然而，对于一般自然存在的材料，光的偏振旋转的效率很低。近年来，由于超构材料（Metamaterials）的兴起，人们已经在具有平面手性结构的超构材料中提高了光学旋转率。但是这种超构材料仅仅在光的非零阶反射或透射中才能实现大的光学旋转。对于光学应用来说，零阶透射或反射才是最重要的。因此，如何提高零阶透射的光学旋转率是人们努力的方向。此外，对于单层平面手性超构材料来说，它的旋转角度一般很难超过45度。如何在单层超构材料中实现90度的光学旋转，也一直是个难题。
朱永元教授课题组从金属表面等离激元共振出发，另辟蹊径，设计了一种单层的金属纳米微结构，在零阶透射实现了极大地光学旋转率（在实验中获得光的旋转率为4.1×105度/毫米，远大于任何一种自然材料的，如石英晶体，旋转率仅仅为17度/毫米）。其物理机制如下：通过微结构的精确设计，实现SPP和LSP共振同时激发。利用LSP共振，实现偏振与入射偏振方向垂直的电磁辐射输出。利用SPP波穿过样品结构时带来的相位延迟效应，通过调制样品厚度使SPP和LSP产生的偏振平行于入射偏振方向的电磁辐射相消叠加，从而实现对单层零阶透射光学偏振旋转的有效控制。随着样品厚度的增加，光学旋转角度也得到非线性的增加。尤其是当厚度为245nm时，在零阶透射中实现了接近于线偏振的90°光学旋转。该结构的设计对于未来集成光子器件有潜在的应用可能。
该工作发表在Phys. Rev. Lett. 110, 207401 (2013)上，武山博士后为该论文第一作者。该工作得到国家“973”项目、量子调控计划以及基金委的资助。（物理学院）
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