Egy új világoptoelektronikai eszközök
A Technion-Israel Institute of Technology kutatói koherensen szabályozott pörgést fejlesztettek kioptikai lézeregyetlen atomrétegen alapul. Ezt a felfedezést az egyetlen atomi réteg és a vízszintesen korlátozott fotonikus spinrács közötti koherens spin-függő kölcsönhatás tette lehetővé, amely a kontinuumban kötött állapotú fotonok Rashaba-típusú spinhasításán keresztül támogatja a magas Q spin-völgyet.
A Nature Materials-ban megjelent és a kutatási összefoglalójában kiemelt eredmény megnyitja az utat a koherens spinnel kapcsolatos jelenségek tanulmányozása előtt a klasszikus éskvantumrendszerek, és új utakat nyit az elektron- és fotonspin optoelektronikai eszközökben történő alapkutatása és alkalmazása terén. A spin optikai forrás a foton üzemmódot az elektronátmenettel kombinálja, amely módszert biztosít az elektronok és fotonok közötti spin információcsere tanulmányozására, valamint fejlett optoelektronikai eszközök fejlesztésére.
A Spin Valley optikai mikroüregeket inverziós aszimmetriával (sárga magrégió) és inverziós szimmetriájú (cián burkolórégió) fotonikus spinrácsok interfészével alkotják.
Ezen források felépítéséhez előfeltétel a spin-degeneráció kiküszöbölése a foton- vagy elektronrész két ellentétes spinállapota között. Ezt általában Faraday- vagy Zeeman-effektus alatti mágneses mező alkalmazásával érik el, bár ezek a módszerek általában erős mágneses teret igényelnek, és nem tudnak mikroforrást előállítani. Egy másik ígéretes megközelítés egy geometriai kamerarendszeren alapul, amely mesterséges mágneses mezőt használ a fotonok spin-split állapotának létrehozására a momentumtérben.
Sajnos a spin split állapotok korábbi megfigyelései nagymértékben támaszkodtak az alacsony tömegtényezős terjedési módokra, amelyek kedvezőtlen korlátokat szabnak a források térbeli és időbeli koherenciájának. Ezt a megközelítést hátráltatja a blokkos lézererősítésű anyagok spin-vezérelt jellege is, amelyek nem vagy nem könnyen használhatók aktív vezérlésre.fényforrások, különösen szobahőmérsékleten lévő mágneses mezők hiányában.
A magas Q spin-hasadási állapotok elérése érdekében a kutatók különböző szimmetriájú fotonikus spinrácsokat építettek, beleértve az inverziós aszimmetriával rendelkező magot és egy WS2 egyrétegű inverziós szimmetrikus burkot, hogy oldalirányban korlátozott spin-völgyeket hozzanak létre. A kutatók által használt alapvető inverz aszimmetrikus rácsnak két fontos tulajdonsága van.
A szabályozható spin-függő reciprok rácsvektor, amelyet a belőlük álló heterogén anizotrop nanopórusok geometriai fázistérváltozása okoz. Ez a vektor a spin-degradációs sávot két spin-polarizált ágra osztja az impulzustérben, amelyet fotonikus Rushberg-effektusnak neveznek.
A kontinuumban egy magas Q szimmetrikus (kvázi) kötött állapotpár, nevezetesen a ±K (Brillouin sávszög) foton spin völgyek a spin hasító ágak szélén, egyenlő amplitúdójú koherens szuperpozíciót alkotnak.
Koren professzor megjegyezte: „A WS2 monolidokat használtuk erősítő anyagként, mivel ez a közvetlen sávrés átmeneti fém-diszulfid egyedülálló völgyi pszeudo-spinnel rendelkezik, és széles körben tanulmányozták a völgyelektronok alternatív információhordozójaként. Pontosabban, ±K 'völgyi excitonjaik (amelyek síkbeli spin-polarizált dipól emitterek formájában sugároznak) szelektíven gerjeszthetők spin-polarizált fénnyel a völgy-összehasonlítási szabályok szerint, így aktívan szabályozzák a mágnesesen szabad spint.optikai forrás.
Egy egyrétegű integrált spin-völgyi mikroüregben a ±K 'völgy excitonok polarizációs illesztéssel kapcsolódnak a ±K spin-völgy állapothoz, a szobahőmérsékleten lévő spin-exciton lézer pedig erős fényvisszacsatolás révén valósul meg. Ugyanakkor alézermechanizmus hajtja a kezdetben fázisfüggetlen ±K 'völgy excitonokat, hogy megtalálja a rendszer minimális veszteségi állapotát, és helyreállítsa a lock-in korrelációt a ±K spin-völgytel ellentétes geometriai fázis alapján.
A lézermechanizmus által vezérelt völgykoherencia szükségtelenné teszi az időszakos szórás alacsony hőmérsékletű elnyomását. Ezenkívül a Rashba egyrétegű lézer minimális veszteségi állapota lineáris (körkörös) pumpás polarizációval modulálható, ami lehetőséget biztosít a lézer intenzitásának és térbeli koherenciájának szabályozására.
Hasman professzor elmagyarázza: „A feltártfotonikusspin-völgy A Rashba-effektus általános mechanizmust biztosít a felületet kibocsátó spin optikai források létrehozásához. Az egyrétegű integrált spin-völgyi mikroüregben bemutatott völgykoherencia egy lépéssel közelebb visz bennünket a kvantuminformáció-összefonódás eléréséhez a ±K 'völgyi excitonok között a qubiteken keresztül.
Csapatunk hosszú ideje fejleszt spin-optikát, és a fotonspint hatékony eszközként használja az elektromágneses hullámok viselkedésének szabályozására. 2018-ban a kétdimenziós anyagok völgyi pszeudo-spine iránt érdeklődve egy hosszú távú projektbe kezdtünk, melynek célja az atomméretű spin optikai források aktív szabályozásának vizsgálata volt mágneses mezők hiányában. A nem lokális Berry fázishiba modellt használjuk arra, hogy megoldjuk azt a problémát, hogy egyetlen völgyi excitonból koherens geometriai fázist kapjunk.
Az excitonok közötti erős szinkronizációs mechanizmus hiánya miatt azonban a Rashuba egyrétegű fényforrásban elért több völgyexciton alapvető koherens szuperpozíciója megoldatlan marad. Ez a probléma arra ösztönöz bennünket, hogy elgondolkodjunk a magas Q fotonok Rashuba modelljén. Új fizikai módszerek megújítása után megvalósítottuk az ebben a cikkben ismertetett Rashuba egyrétegű lézert.”
Ez az eredmény megnyitja az utat a koherens spin-korrelációs jelenségek tanulmányozása előtt klasszikus és kvantumterekben, és új utat nyit a spintronikus és fotonikus optoelektronikai eszközök alapkutatása és felhasználása előtt.
Feladás időpontja: 2024. március 12