量子技术的基本要求之一，就是能够相干地控制电子和光子之间相互作用。然而，在许多涉及光和物质相互作用的场景中，电子和光子之间线动量或角动量交换是不可行的，这种情况被称之为偶极近似极限dipole approximation limit。
当考虑手性电子和涡旋光之间相互作用时，光的轨道角动量可转移到电子上，但超出偶极近似极限例子，在实验上仍然难以捉摸。今日， 美国 马里兰大学（University of Maryland）Deric Session, Mahmoud Jalali Mehrabad, Mohammad Hafezi等，意大利 米兰理工大学（Politecnico di Milano）Nikil Paithankar等，在Nature Photonics上发文，提出了一种从光学涡旋光束到电子量子霍尔态的轨道角动量转移机制。具体来说，在量子霍尔范围内的环形石墨烯样品中，确定了对径向光电流的强大贡献，这取决于光的涡旋度。这种现象可解释为光泵浦optical pumping方案，其中光子的角动量转移到电子，产生径向电流，电流方向取决于光的涡旋度vorticity。这一发现，为量子相干的光学探测和操纵，提供了基本的见解，为推进量子相干光电子学具有广泛的意义。![]()
Optical pumping of electronic quantum Hall states with vortex light.
![]()
图1: 轨道角动量orbital angular momentum，OAM泵浦的概念。
![]()
图2: 轨道角动量OAM选择性径向光电流radial photocurrent，PC生成。
![]()
图3: 偏振分辨和功率相关的径向光电流PC测量。
![]()
图4: 径向光电流PC的栅极电压依赖性。
Session, D., Jalali Mehrabad, M., Paithankar, N. et al. Optical pumping of electronic quantum Hall states with vortex light. Nat. Photon. (2024). https://doi.org/10.1038/s41566-024-01565-1https://www.nature.com/articles/s41566-024-01565-1声明：仅代表译者观点，如有不科学之处，请在下方留言指正！
