使用自旋存储信息：使用空间结构偏振光创建新的结构化自旋状态

光由彼此垂直振荡的电场和磁场组成。当这些振荡受到限制时，例如沿平面，它会产生偏振光。偏振光在光通信中非常重要，同样可以彻底改变信息的存储方式。

目前的电子设备以电子电荷的形式存储信息。然而，自旋 - 电子的独特量子特性 - 提供了一种替代方案。可以使用偏振光来控制旋转来存储信息。偏振光束与半导体内的电子自旋相互作用以产生自旋偏振电子，即沿特定方向排列的自旋。到目前为止，只有均匀偏振光，即具有空间均匀偏振的光，已被利用来控制电子自旋。然而，如果极化具有额外的空间结构(变化)，它可以产生空间结构的电子自旋，开辟存储信息的新方法。

为此，由研究生Takachika Mori，研究生(在研究时)Takuya Suzuki和日本东京理科大学(TUS)的Kensuke Miyajima教授组成的初级副教授石原淳教授领导的一组研究人员现在已经设计了一种使用具有空间变化偏振轮廓的结构光产生这种空间结构电子自旋的方法。这项研究发表在《物理评论快报》杂志上，是与日本千叶大学，东北大学和筑波大学的研究小组合作完成的。

“在这项工作中，我们使用涡旋半波板和四分之一波板装置从基本高斯光束生成了一个甜甜圈形状的结构光 - 具有轨道角动量(OAM)的矢量光学涡旋光束。然后，我们使用该束激发限制在砷化镓/铝砷化镓半导体量子阱中的电子自旋。这些自旋反过来又形成了一个圆圈的螺旋空间结构，“石原博士解释说。

有趣的是，虽然OAM数等于1的光束产生了一个围绕圆的两个自旋周期(向上旋转和向下旋转)的螺旋，但OAM数为2的螺旋会产生具有四个此类变化的螺旋。这些观察表明，由OAM确定的光学涡旋的空间偏振结构被转移到半导体内部的电子自旋中。此外，建议增加OAM数量以实现更高的信息存储容量，其特征是围绕圆的自旋重复率更高。

此外，研究人员利用作用于量子阱中电子自旋的自旋轨道相互作用的有效磁场，使用单个光束同时产生两个在垂直方向上具有相反相位的自旋波。这表明，通过利用有效磁场(固体的特征)和结构光束，可以产生具有空间结构的各种自旋态。

有了如此令人兴奋的结果，研究人员讨论了他们工作的未来前景。“将光的空间偏振结构转换为自旋的空间结构，以及新的自旋空间结构的产生与固体中的有效磁场相结合，有望导致使用自旋纹理进行高阶量子媒体转换和信息容量增强的元素技术，”石原博士说。

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