Nowy świat urządzeń optoelektronicznych

Nowy światurządzenia optoelektroniczne

Naukowcy z Technion-Israel Institute of Technology opracowali spójnie kontrolowany spinlaser optycznyoparte na pojedynczej warstwie atomowej. Odkrycie to było możliwe dzięki spójnej, zależnej od spinu interakcji pomiędzy pojedynczą warstwą atomową a poziomo ograniczoną fotoniczną siatką spinową, która wspiera dolinę spinową o wysokiej Q poprzez rozszczepienie spinowe fotonów stanów związanych w kontinuum typu Rashaby.
Wyniki, opublikowane w Nature Materials i podkreślone w zarysie badań, torują drogę do badania spójnych zjawisk związanych ze spinem w klasycznych isystemy kwantowei otwiera nowe możliwości badań podstawowych oraz zastosowań spinu elektronów i fotonów w urządzeniach optoelektronicznych. Spinowe źródło optyczne łączy tryb fotonowy z przejściem elektronowym, co zapewnia metodę badania wymiany informacji spinowych między elektronami i fotonami oraz opracowywania zaawansowanych urządzeń optoelektronicznych.

Mikrowgłębienia optyczne w dolinie spinowej są konstruowane poprzez połączenie fotonicznych sieci spinowych z asymetrią inwersyjną (obszar żółtego rdzenia) i symetrią inwersyjną (obszar płaszcza cyjanowego).
Aby zbudować te źródła, warunkiem jest wyeliminowanie degeneracji spinu pomiędzy dwoma przeciwległymi stanami spinowymi w części fotonowej lub elektronowej. Zwykle osiąga się to poprzez przyłożenie pola magnetycznego pod wpływem efektu Faradaya lub Zeemana, chociaż metody te zwykle wymagają silnego pola magnetycznego i nie mogą wytworzyć mikroźródła. Inne obiecujące podejście opiera się na geometrycznym systemie kamer, który wykorzystuje sztuczne pole magnetyczne do generowania stanów fotonów z rozszczepieniem spinu w przestrzeni pędu.
Niestety, poprzednie obserwacje stanów rozszczepienia spinu opierały się w dużej mierze na trybach propagacji o niskim współczynniku masowym, które nakładają niekorzystne ograniczenia na przestrzenną i czasową spójność źródeł. Podejście to utrudnia również kontrolowany spinowo charakter blokowych materiałów wzmacniających laser, których nie można lub nie można łatwo wykorzystać do aktywnego kontrolowaniaźródła światła, zwłaszcza przy braku pól magnetycznych w temperaturze pokojowej.
Aby osiągnąć stany rozszczepiania spinów o wysokiej Q, badacze skonstruowali fotoniczne sieci spinowe o różnych symetriach, w tym rdzeń z asymetrią inwersyjną i inwersyjną symetryczną obwiednię zintegrowaną z pojedynczą warstwą WS2, aby wytworzyć ograniczone bocznie doliny spinowe. Stosowana przez badaczy podstawowa odwrotna siatka asymetryczna ma dwie ważne właściwości.
Kontrolowany, zależny od spinu wektor odwrotności sieci, powodowany przez geometryczną zmianę przestrzeni fazowej złożonego z nich heterogenicznego anizotropowego nanoporowatego materiału. Wektor ten dzieli pasmo degradacji spinu na dwie spolaryzowane spinowo gałęzie w przestrzeni pędów, co jest znane jako fotoniczny efekt Rushberga.
Para symetrycznych (quasi) stanów związanych o wysokim Q w kontinuum, mianowicie doliny spinowe fotonów ± K (kąt pasma Brillouina) na krawędzi gałęzi rozszczepiających spin, tworzą spójną superpozycję o równych amplitudach.
Profesor Koren zauważył: „Użyliśmy monolidów WS2 jako materiału wzmacniającego, ponieważ ten dwusiarczek metalu przejściowego z bezpośrednią przerwą wzbronioną ma unikalny pseudospin doliny i był szeroko badany jako alternatywny nośnik informacji w elektronach doliny. W szczególności ich ekscytony doliny ± K '(które promieniują w postaci płaskich emiterów dipolowych spolaryzowanych spinowo) mogą być selektywnie wzbudzane przez światło spolaryzowane spinowo zgodnie z regułami selekcji porównania dolin, aktywnie kontrolując w ten sposób magnetycznie swobodny spinźródło optyczne.
W jednowarstwowej zintegrowanej mikrownęce z doliną spinu ekscytony doliny ± K 'są sprzęgane ze stanem doliny spinu ± K poprzez dopasowanie polaryzacji, a laser ekscytonów spinowych w temperaturze pokojowej jest realizowany poprzez silne sprzężenie zwrotne świetlne. Jednocześnie,lasermechanizm napędza początkowo niezależne od fazy ekscytony doliny ±K w celu znalezienia minimalnego stanu strat systemu i ponownego ustalenia korelacji blokady w oparciu o fazę geometryczną przeciwną doliny spinu ±K.
Spójność doliny napędzana przez ten mechanizm laserowy eliminuje potrzebę tłumienia przerywanego rozpraszania w niskiej temperaturze. Ponadto stan minimalnej straty jednowarstwowego lasera Rashba można modulować za pomocą polaryzacji pompy liniowej (kołowej), co pozwala kontrolować intensywność lasera i spójność przestrzenną.
Profesor Hasman wyjaśnia: „To, co objawionefotonicznySpin Valley Efekt Rashby zapewnia ogólny mechanizm konstruowania spinowych źródeł optycznych emitujących powierzchnie. Spójność doliny wykazana w jednowarstwowej zintegrowanej mikrownęce doliny spinowej przybliża nas o jeden krok do osiągnięcia splątania informacji kwantowej pomiędzy ekscytonami doliny ± K 'za pośrednictwem kubitów.
Nasz zespół od dłuższego czasu rozwija optykę spinową, wykorzystując spin fotonów jako skuteczne narzędzie kontroli zachowania fal elektromagnetycznych. W 2018 roku zaintrygowani pseudospinem doliny w materiałach dwuwymiarowych rozpoczęliśmy długoterminowy projekt mający na celu zbadanie aktywnej kontroli spinowych źródeł optycznych w skali atomowej przy braku pól magnetycznych. Używamy nielokalnego modelu defektu fazowego Berry'ego, aby rozwiązać problem uzyskania spójnej fazy geometrycznej z ekscytonu pojedynczej doliny.
Jednakże ze względu na brak silnego mechanizmu synchronizacji między ekscytonami, osiągnięta fundamentalna spójna superpozycja wielu ekscytonów dolinowych w jednowarstwowym źródle światła Rashuba pozostaje nierozwiązana. Problem ten inspiruje nas do zastanowienia się nad modelem Rashuba fotonów o wysokiej Q. Po wprowadzeniu innowacyjnych metod fizycznych wdrożyliśmy jednowarstwowy laser Rashuba opisany w tym artykule.”
Osiągnięcie to otwiera drogę do badania zjawisk spójnej korelacji spinowej w polach klasycznych i kwantowych oraz otwiera nową drogę do badań podstawowych i zastosowań urządzeń optoelektronicznych spintronicznych i fotonicznych.