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 állapotainak 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