Au–WS₂合成メタサーフェスによる非線形カイラルバレー光子のコヒーレントな誘導

二次元遷移金属ジカルコゲニド（TMDC）は、KバレーとK′バレーで異常な非線形性や直接バンドギャップを示す。こうしたバレーは、例えば、プラズモン–バレー–励起子結合を通して、スピンに依存する光ルミネセンスによって光学的に操作できる。しかし、ポンピングと発光の間のコヒーレンスが弱いため、TMDCを用いた非線形バレートロニクスデバイスの探究は難しい。今回我々は、光の位相とスピンをエンタングルする合成メタサーフェスが、室温で単層二硫化タングステン（WS₂）の非線形バレー同期カイラル発光の増強と操作を同時に行えることを示す。金（Au）メタサーフェスによってスピン関連の幾何学的位相を付与された、光によってアクセスされ、コヒーレントにポンプされる第二高調波バレー光子は、分離され、自由空間中の予め決められた方向への経路をたどる。さらに、入射光と同じスピンを持つ非線形光子は、我々が設計したメタサーフェスにおいてWS₂の臨界的なスピン–バレー同期した非線形選択則によって誘導される。今回の合成TMDC–メタサーフェス界面によって、先進的な室温自由空間非線形量子ナノデバイスとバレートロニクスナノデバイスが容易になる可能性がある。