米氏散射中光子自旋哈尔效应的直接观测

光子自旋哈尔效应 (PSHE) 是光自旋-轨道相互作用的一个标志性特征，长期被视为实现纳米光子学中自旋控制功能的有前景之路。然而，其实际实现受限于典型系统中本质上较弱的自旋-轨道耦合，导致横向位移微乎其微且散射效率极低。这种根本性的权衡使得 PSHE 只能通过复杂的弱测量协议和信号放大方法进行观察，这些方法在损失进一步的强度方面成本较高，尤其是在纳米尺度系统中。本文通过在单个散射体中引入基于对称性破坏和模式耦合的新型机制，克服了这一长期挑战，开启了弗里德里希-温特根超散射 regime，实现强近场自旋-轨道相互作用。这样即可同时增强光子自旋哈尔位移和远场散射强度——后者比传统偶极粒子提高了近两个数量级。通过精心设计的多极式干扰，PSHE 可在实验便利的角度下实现，从而实现无后选检测。我们报告了通过偏振分辨的远场测量在微波范畴内首次直接观察到来自单个超散射粒子的 PSHE。我们的发现不仅验证了一种新的物理途径来增强自旋相关的光-物质相互作用，还建立了一个稳健、可扩展的平台，用于基于自旋的光子技术。这一突破为精密光学计量、先进成像、LIDAR 系统以及集成光子电路等开辟了新途径，弥合了基础自旋光学与实际应用之间的关键鸿沟。