通过光学涡旋全光生成与调控超快自旋霍尔电流

自旋霍尔效应是自旋电子学的基石之一，指在电压偏置下样品中电荷流横向出现自旋密度不平衡。本研究指出了一种利用光学涡旋的亚皮秒激光脉冲超快生成并调控单向非线性自旋霍尔电流的新途径。当与物质相互作用时，涡旋携带的、由其拓扑荷量化的光学轨道角动量（OAM）被转移到电荷载流子。样品中残余的自旋-轨道耦合与限制效应使得可利用吸收的光学 OAM 对自旋通道进行时空控制。非线性自旋霍尔电流与动力学自旋霍尔角均随光学拓扑荷增大而增加。原因是更高量 OAM 的转移以及有效自旋-轨道相互作用强度的增强。无需偏置电压。我们证明在环形结构样品的开路几何中可全光生成自旋霍尔电流。这些结果源于与声子环境耦合的时空网格上自旋依赖量子动力学的完整传播。该发现指向一种多功能可控工具，用于超快生成自旋累积，具有多种应用，如超快自旋转移矩源以及电荷与自旋电流脉冲发射器。