論文の概要: Microscopic Theory of Spin-Orbit Interactions of Light

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2610.40979v1
• Date: Thu, 29 Oct 2026 21:04:17 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-11-02 22:05:31.494889
• Title: Microscopic Theory of Spin-Orbit Interactions of Light
• Title（参考訳）: 光のスピン軌道相互作用の微視的理論
• Abstract要約: 光スピン軌道相互作用(SOI)は、光の自由度を効果的な擬似スピンとして記述し制御することを可能にする。 我々は、光-物質相互作用の非相対論的量子力学的記述から始まる微視的量子理論を開発する。 我々の理論的枠組みは、光学SOIの異なる成分をチューニングするための顕微鏡材料設計原理を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.856943665210798
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Optical spin-orbit interactions (SOI), demonstrated experimentally in optical cavities, enable the polarization degrees of freedom of light to be described and controlled as an effective pseudospin, providing a foundation for spintronic-like control of light and the development of next-generation optical technologies. However, prior works describe this emergent effect using phenomenological models that fail to uncover its microscopic quantum origins, and as a result, a rigorous connection between material electronic structure and the optical SOI remains elusive. In this work, we address this fundamental challenge by developing a microscopic quantum theory starting from the non-relativistic quantum electrodynamical (QED) description of light-matter interactions. We show that this effect arises from virtual interactions between confined photons and material excitations. Crucially, our theoretical framework provides microscopic material-design principles for tuning the distinct components of optical SOI, which include the optical birefringence, photonic self-energies, TE-TM splitting, and optical Zeeman splitting, enabling precise engineering of effective magnetic fields, diabolical points, and pseudospin textures. We anticipate that the predictive capability of our microscopic theory will enable systematic screening and design of material systems for photonic spintronics and optical technologies.
• Abstract（参考訳）: 光スピン軌道相互作用(SOI)は、光学キャビティで実験的に実証され、光の自由度を効果的な擬似スピンとして記述し制御することができ、光のスピントロニクス的な制御の基礎となり、次世代の光学技術の発展をもたらした。 しかし、以前の研究では、その微視的な量子起源を解明できない現象論的モデルを用いて、この創発的な効果を記述しており、結果として、物質電子構造と光学SOIとの間の厳密な接続は、まだ解明されていない。 本研究では、光-物質相互作用の非相対論的量子電磁力学(QED)記述から始まる微視的量子理論を開発することで、この根本的な課題に対処する。 この効果は、閉じ込められた光子と物質励起の間の仮想相互作用から生じる。 光学的複屈折、フォトニック自己エネルギー、TE-TM分割、光ゼーマン分割など、光学SOIの異なる成分を微視的に調整し、有効磁場、振動点、擬似スピンテクスチャの精密な工学を可能にする。 我々は、我々の顕微鏡理論の予測能力により、フォトニックスピントロニクスと光学技術のための材料システムの体系的なスクリーニングと設計が可能になることを期待する。

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