有效介质理论因光子自旋霍尔效应而失效

有效介质理论关乎均质化的理论建模,旨在用均匀有效介质替代具有亚波长尺度组分的非均匀结构。有效介质理论是电磁学和材料科学等多个领域的基础,因为它通过提供简单可接受的近似大幅降低了探索光-物质相互作用的复杂度。一般而言,有效介质理论被认为适用于任何具有深亚波长组分的全介电系统,条件是有效介质不存在发生全内反射的临界角。本文揭示了一种可应用于非常一般条件下的有效介质理论的根本性失效:针对深亚波长全介电多层结构即便无临界角也展示出该失效。我们的发现依赖于一种奇异的光子自旋霍尔效应,其被证明对深亚波长介电层的堆叠顺序极度敏感,因为光的自旋轨道相互作用取决于波传播期间的微小相位累积。我们的结果表明,光子自旋霍尔效应可为即便在极端纳米尺度下全介电系统的结构缺陷测量提供大有前景且强有力的工具。