近日，复旦大学未来信息创新学院王俊课题组利用各向异性二维钙钛矿微腔，实现了室温下激子极化激元（exciton polariton）的Rashba–Dresselhaus自旋-轨道耦合，并展示了其自旋霍尔效应。研究从“几何相位”与“规范场”的新视角揭示了自旋-轨道耦合的起源：Polariton在微腔内传播的偏振演化可在庞加莱球上积累几何相位，生成等效规范场，驱动Polariton自旋在动量空间分裂。相关成果以“Polariton Spin Separation and Propagation by Rashba–Dresselhaus Spin–Orbit Coupling in an Anisotropic Two-Dimensional Perovskite Microcavity”为题发表在国际学术期刊《Nano Letters》上，并入选封面文章。

自旋-轨道耦合是关联粒子自旋与轨道运动的基本相互作用，主导自旋的分离与传输等现象。其中，Rashba–Dresselhaus型自旋-轨道耦合尤为重要，可在动量空间引起自旋解简并。近年来，Rashba–Dresselhaus自旋-轨道耦合的研究已拓展至光子体系和光–物质强耦合体系。然而，这些系统中自旋-轨道耦合效应的起源与腔内光子偏振演化之间的内在联系，仍未能给出直观的物理图像与系统性的理论阐释。

图1. 2D各向异性钙钛矿微腔及自旋-轨道耦合机理图

基于该问题，团队构建了二维钙钛矿(PEA)₂PbI₄微腔结构，通过角分辨荧光光谱观测到动量空间的色散分离，确认了自旋-轨道耦合效应。理论分析表明：在庞加莱球上，两次“等效半波片”传播与两次镜面反射在偏振空间构成闭合回路，累积出非零几何相位，进而生成等效规范场，使偏振相关的色散关系在动量空间出现非简并劈裂。

图2. Rashba-Dresselhaus自旋-轨道耦合实验与理论计算

在此基础上，团队利用该自旋-轨道耦合所诱导的自旋非简并行为，在共振泵浦下选择性激发极化激元，在实空间圆偏振成像中清晰地观测到与自旋相关的分离与传播行为，即自旋霍尔效应。该研究不但解释了各向异性微腔中 Rashba–Dresselhaus自旋-轨道耦合的起源，还实现室温极化激元自旋的分离与传播，为片上光子自旋调控提供了新思路，有望推动自旋信息处理、自旋光子器件的发展。

复旦大学王俊副教授为论文的通讯作者，博士研究生陈泽磊、王小宇为共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、上海市科委研究项目的资助。