Гіперболічні обертально-асиметричні метаповерхні: динаміка оптичного спіну та плазмонне каналювання

Abstract

Мініатюризація та планаризація сучасних оптичних та оптоеклектронних пристроїв потребують гнучкого керування над високолокалізованим електромагнітним полем. Незважаючи на досягнутий прогрес у контролі групової та фазової швидкостей локалізованого світла, його напрямленістю та поляризаційними властивостями досі складно керувати. У цій роботі розглядаються обертально-асиметричні гіперболічні метаповерхні – клас екстремально-анізотропних двовимірних систем, які надають унікальні можливості для керування поверхневими електромагнітними хвилями. Показано, що такі метаповерхні надають більше можливостей для управління напрямком поширення та спіновим кутовим моментом світла, перевершуючи інші двовимірні анізотропні системи. Покращене управління цими характеристиками дозволяє охопити більший діапазон поляризаційних станів та просторових спінових конфігурацій. Окрім можливості керування спіном, обертально-асиметричні гіперболічні метаповерхні також підтримують режими каналювання, що забезпечує високонапрямлене бездифракційне поширення локалізованого світла. Це поєднання властивостей робить їх перспективною платформою для фотонних та оптоспінтронних пристроїв нового покоління.

The miniaturization and flattening of modern optical and opto-electronic devices demand tunable control over highly localized electromagnetic field. Despite the progress in the control of group and phase velocities of localized light, its directivity and polarization properties are still difficult to manage. In this work, we consider shear hyperbolic metasurfaces – a class of extremely anisotropic two-dimensional systems – that offer unique capabilities for the manipulation of surface electromagnetic waves. We show that shear hyperbolic metasurfaces provide more functional control over the directivity of wave propagation and the spin angular momentum of light outperforming other two-dimensional anisotropic systems. The improved tunability allows access to a wider range of polarization states and spin-directional configurations. In addition to spin control properties, shear hyperbolic metasurfaces also support canalization regimes, enabling highly directional diffractionless propagation of localized light. This dual functionality makes them a promising platform for next-generation photonic and opto-spintronic devices.