过渡金属硫族化物单层中拓扑激子极化激元的实验观测

量子科学与技术的兴起促使光子学研究寻求具有强光-物质相互作用的新平台，以在中等光强下实现量子行为。极化激元超表面是实现此类强光-物质相互作用体系的一个有前景的平台，其代表纳米尺度构造以支持极化激元（半光半物质准粒子）的超薄人工介质。拓扑极化激元（或“拓扑极化子”）为此提供了理想平台，其独特性质源于与物质强耦合的光的拓扑相。在此，我们探索基于二维过渡金属硫族化物（TMDs）的极化激元超表面，其支持面内极化的激子共振，作为拓扑极化光子学的有前景平台。我们通过将TMD单层中谷极化的面内激子与适当设计的全介电拓扑光子超表面强耦合，实现了自旋霍尔拓扑极化激元相。我们首先表明，超表面支持的拓扑光子能带与MoSe2中激子能带之间的强耦合产生了有效的相位缠绕并转变为拓扑极化激元自旋霍尔态。随后我们实验实现了该现象并确认了单向自旋极化边缘拓扑极化激元的存在。结合MoSe2单层中的谷极化，所提出的系统提供了一种新方法，用以调动TMDs中的光子角动量与谷自由度，为谷电子学与自旋电子学中的光子/固态接口提供了有前景的平台。