Egy új világoptoelektronikai eszközök
A Technion-Izraeli Műszaki Intézet kutatói koherensen szabályozott spin-t fejlesztettek ki.optikai lézeregyetlen atomrétegen alapul. Ezt a felfedezést egyetlen atomréteg és egy vízszintesen korlátozott fotonikus spinrács közötti koherens spinfüggő kölcsönhatás tette lehetővé, amely egy magas Q-értékű spinvölgyet támogat a kontinuumban lévő kötött állapotú fotonok Rashaba-típusú spinfelhasadásán keresztül.
Az eredmény, amelyet a Nature Materials folyóiratban publikáltak és a kutatási összefoglalóban is kiemeltek, utat nyit a koherens spinnel kapcsolatos jelenségek tanulmányozása előtt a klasszikus és a ...kvantumrendszerek, és új utakat nyit az elektron- és fotonspin alapkutatása és alkalmazásai előtt optoelektronikai eszközökben. A spinoptikai forrás a fotonmódust az elektronátmenettel kombinálja, ami módszert kínál az elektronok és fotonok közötti spininformációcsere tanulmányozására és fejlett optoelektronikai eszközök fejlesztésére.
A spin-völgy optikai mikroüregeit úgy hozzák létre, hogy fotonikus spinrácsokat kapcsolnak össze inverziós aszimmetriával (sárga mag régió) és inverziós szimmetriával (cián burkolat régió).
Ezen források felépítéséhez előfeltétel a foton- vagy elektronrészben két ellentétes spinállapot közötti spindegeneráció kiküszöbölése. Ezt általában Faraday- vagy Zeeman-effektus alatt álló mágneses tér alkalmazásával érik el, bár ezek a módszerek általában erős mágneses teret igényelnek, és nem képesek mikroforrást előállítani. Egy másik ígéretes megközelítés egy geometriai kamerarendszeren alapul, amely mesterséges mágneses teret használ a fotonok spinfelosztott állapotainak létrehozására az impulzustérben.
Sajnos a spinfelhasadásos állapotok korábbi megfigyelései nagymértékben az alacsony tömegfaktorú terjedési módokra támaszkodtak, amelyek kedvezőtlen korlátokat szabnak a források térbeli és időbeli koherenciájára. Ezt a megközelítést a blokkos lézererősítésű anyagok spinvezérelt jellege is akadályozza, amelyek nem vagy nem könnyen használhatók aktív szabályozásra.fényforrások, különösen szobahőmérsékleten, mágneses mezők hiányában.
A nagy Q értékű spinfelhasadási állapotok elérése érdekében a kutatók különböző szimmetriájú fotonikus spinrácsokat konstruáltak, beleértve egy inverziós aszimmetriájú magot és egy WS2 egyetlen réteggel integrált inverziós szimmetrikus burkot, hogy oldalirányban korlátozott spinvölgyeket hozzanak létre. A kutatók által használt alapvető inverz aszimmetrikus rácsnak két fontos tulajdonsága van.
A belőlük álló heterogén anizotrop nanopórusok geometriai fázistér-változása által okozott, szabályozható spinfüggő reciprok rácsvektor. Ez a vektor a spindegradációs sávot két spinpolarizált ágra osztja az impulzustérben, ezt fotonikus Rushberg-effektusnak nevezzük.
A kontinuumban található két nagy Q szimmetrikus (kvázi) kötött állapot, nevezetesen a spinfelhasadó ágak szélén található ±K(Brillouin-sáv szöge) foton spinvölgyek, azonos amplitúdójú koherens szuperpozíciót alkotnak.
Koren professzor megjegyezte: „A WS2 monolidokat azért használtuk erősítőanyagként, mert ez a közvetlen tiltott sávú átmenetifém-diszulfid egyedi völgypszeudo-spinnel rendelkezik, és széles körben tanulmányozták alternatív információhordozóként a völgyelektronokban. Pontosabban, a ±K' völgyi excitonjaik (amelyek síkbeli spin-polarizált dipólusemitterek formájában sugároznak) szelektíven gerjeszthetők spin-polarizált fénnyel a völgy-összehasonlító szelekciós szabályok szerint, így aktívan szabályozva a mágnesesen szabad spint.”optikai forrás.
Egyrétegű integrált spinvölgy mikroüregben a ±K'völgy excitonjai polarizációs illesztéssel kapcsolódnak a ±K spinvölgy állapothoz, és a szobahőmérsékleten lévő spinexciton lézert erős fény-visszacsatolással valósítják meg. Ugyanakkor alézerA mechanizmus a kezdetben fázisfüggetlen ±K 'völgy excitonokat hajtja, hogy megtalálják a rendszer minimális veszteségi állapotát, és visszaállítsák a lock-in korrelációt a ±K spinvölgyvel ellentétes geometriai fázis alapján.
Az ezen lézermechanizmus által vezérelt völgykoherencia kiküszöböli az időszakos szórás alacsony hőmérsékleten történő elnyomásának szükségességét. Ezenkívül a Rashba egyrétegű lézer minimális veszteségi állapota lineáris (cirkuláris) pumpálási polarizációval modulálható, ami lehetővé teszi a lézerintenzitás és a térbeli koherencia szabályozását.
Hasman professzor így magyarázza: „A kinyilatkoztatottfotonikusA spinvölgy Rashba-effektus egy általános mechanizmust biztosít a felületi emittáló spinoptikai források létrehozására. Az egyrétegű integrált spinvölgy mikroüregben bemutatott völgykoherencia egy lépéssel közelebb visz minket a ±K'völgy excitonok közötti kvantum-információ-összefonódás eléréséhez qubiteken keresztül.
Csapatunk régóta fejleszt spinoptikát, a fotonspint hatékony eszközként használva az elektromágneses hullámok viselkedésének szabályozására. 2018-ban, a kétdimenziós anyagokban található völgypszeudo-spin iránti érdeklődésünkre való tekintettel, hosszú távú projektet indítottunk az atomi méretű spinoptikai források aktív szabályozásának vizsgálatára mágneses mezők hiányában. A nemlokális Berry fázishiba-modellt használjuk egyetlen völgyexcitonból származó koherens geometriai fázis kinyerésének problémájának megoldására.
Azonban az excitonok közötti erős szinkronizációs mechanizmus hiánya miatt a Rashuba egyrétegű fényforrásban elért több völgy exciton alapvető koherens szuperpozíciója továbbra is megoldatlan marad. Ez a probléma arra ösztönöz minket, hogy elgondolkodjunk a nagy Q-értékű fotonok Rashuba modelljén. Új fizikai módszerek kidolgozása után megvalósítottuk a jelen cikkben leírt Rashuba egyrétegű lézert.
Ez az eredmény utat nyit a koherens spinkorrelációs jelenségek tanulmányozása előtt a klasszikus és kvantumterületeken, és új utat nyit a spintronikai és fotonikus optoelektronikai eszközök alapkutatása és alkalmazása előtt.
Közzététel ideje: 2024. márc. 12.