近日，俄罗斯斯科尔科沃科学技术研究院（Skoltech）的研究团队发表了一项创新研究，宣布他们成功发现了一种全光学驱动的自旋共振模拟现象，这一现象类似于传统核磁共振（NMR），但完全通过光学手段实现。这一新机制在量子光流体——激子-极化子凝聚体中得到了展示，具有潜在的广泛应用前景。该工作以“Observation of spin precession resonance in a stirred quantum fluid of light”为题，发表在《Optica》期刊上。
该研究表明，通过光学方式可以激发并“搅动”激子-极化子凝聚体，从而让其产生线性偏振的光，并使偏振轴随搅动方向变化。这种偏振旋转与极化子的自旋进动相对应，且可以实现GHz量级的调制速度，得益于极化子系统的超快动态响应。研究团队发现，这种进动现象仅在外界搅动频率与系统内在参数达到特定共振条件下才会发生，从而构成了全光核磁共振的模拟效果。
在自旋驱动方面，研究者们利用了一种类似Larmor进动的方式进行驱动。Larmor进动是指磁性材料在横向磁场中产生的自旋绕磁场线的旋转现象，其频率与施加磁场的大小成正比。在本研究中，斯科尔科沃团队通过激光激发和偏振调制，产生了一个类似于“光学磁场”的作用力，诱导了极化子凝聚体的自旋进动。这种自旋进动仅在搅动频率与自激Larmor进动频率相匹配的共振条件下出现。
图1：物理概念示意图。
更为重要的是，在共振状态下，极化子自旋进动表现出了显著的自旋退相时间，达到了174纳秒，这是此前报道值的20倍，显示了其出色的稳定性。研究团队通过调整系统的不同参数（如搅动频率、偏振椭圆度和激光泵浦功率）来观测共振现象，并构建了一个严格的数值模型，以再现实验结果。此外，他们首次在极化子凝聚体中成功测量了自旋相干时间T2，达到320皮秒，这一重要时间尺度标志着极化子自旋操控的潜在速度，使其在与其他物理系统的比较中更具优势。
该研究为未来的自旋电子器件提供了崭新的可能性。这类器件可以通过操控极化子凝聚体的自旋态，实现对高非线性扭曲矢量光源的精确控制。同时，这一机制可用于GHz频段线性偏振旋转的相干光源，有助于开发先进的传感技术和基于极化子凝聚体的连续变量量子计算。研究人员表示，未来有望通过采用稳定性更高的材料在室温下实现这一共振效应，从而推动该技术在各个领域中的应用。
论文链接：
https://doi.org/10.1364/OPTICA.527868
