Nowy świat urządzeń optoelektronicznych

Nowy światurządzenia optoelektroniczne

Naukowcy z Technion-Izraelski Instytut Technologiczny opracowali spójnie kontrolowany spinlaser optycznyoparte na pojedynczej warstwie atomowej. Odkrycie to było możliwe dzięki spójnej, zależnej od spinu interakcji między pojedynczą warstwą atomową a horyzontalnie ograniczoną fotoniczną siecią spinową, która wspiera dolinę spinową o wysokiej dobroci (Q) poprzez rozszczepienie spinowe typu Rashaba fotonów stanów związanych w kontinuum.
Wynik, opublikowany w czasopiśmie Nature Materials i podkreślony w streszczeniu badań, otwiera drogę do badania zjawisk związanych ze spójnym spinem w klasycznej isystemy kwantowei otwiera nowe możliwości badań podstawowych oraz zastosowań spinu elektronowego i fotonowego w urządzeniach optoelektronicznych. Spinowe źródło optyczne łączy mod fotonowy z przejściem elektronowym, co stanowi metodę badania wymiany informacji spinowej między elektronami i fotonami oraz opracowywania zaawansowanych urządzeń optoelektronicznych.

Mikrownęki optyczne typu spin-dolina powstają poprzez połączenie sieci spinowych fotonów o asymetrii inwersyjnej (żółty obszar rdzenia) i symetrii inwersyjnej (cyjanowy obszar płaszcza).
Aby zbudować te źródła, warunkiem wstępnym jest wyeliminowanie degeneracji spinu między dwoma przeciwnymi stanami spinowymi w części fotonowej lub elektronowej. Zazwyczaj osiąga się to poprzez zastosowanie pola magnetycznego z efektem Faradaya lub Zeemana, chociaż metody te zazwyczaj wymagają silnego pola magnetycznego i nie pozwalają na wytworzenie mikroźródła. Inne obiecujące podejście opiera się na systemie kamer geometrycznych, który wykorzystuje sztuczne pole magnetyczne do generowania stanów rozszczepienia spinowego fotonów w przestrzeni pędu.
Niestety, wcześniejsze obserwacje stanów rozszczepienia spinu w dużej mierze opierały się na modach propagacji o niskim współczynniku masy, które nakładają niekorzystne ograniczenia na spójność przestrzenną i czasową źródeł. To podejście jest również utrudnione przez kontrolowany spinowo charakter blokowych materiałów o wzmocnieniu laserowym, których nie można lub trudno użyć do aktywnej kontroli.źródła światła, szczególnie w przypadku braku pól magnetycznych w temperaturze pokojowej.
Aby uzyskać stany rozszczepienia spinu o wysokiej dobroci Q, naukowcy skonstruowali fotoniczne sieci spinowe o różnych symetriach, w tym rdzeń z asymetrią inwersyjną oraz obwiednię z symetrią inwersyjną zintegrowaną z pojedynczą warstwą WS2, co pozwoliło na uzyskanie bocznie ograniczonych dolin spinowych. Podstawowa sieć odwrotnej asymetrii, wykorzystana przez naukowców, ma dwie ważne właściwości.
Sterowany, zależny od spinu, odwrotny wektor sieciowy, wywołany przez geometryczną zmienność przestrzeni fazowej heterogenicznej, anizotropowej struktury nanoporowatej, która się z niego składa. Wektor ten dzieli pasmo degradacji spinu na dwie gałęzie o spolaryzowanym spinie w przestrzeni pędu, znane jako fotoniczny efekt Rushberga.
Para symetrycznych (quasi) stanów związanych o wysokiej Q w kontinuum, mianowicie doliny spinowe fotonów ±K (kąt pasma Brillouina) na krawędzi gałęzi rozszczepienia spinu, tworzy spójną superpozycję o równych amplitudach.
Profesor Koren zauważył: „Użyliśmy monolidów WS2 jako materiału wzmacniającego, ponieważ ten disiarczek metalu przejściowego o bezpośredniej przerwie energetycznej ma unikalny pseudospin dolinowy i był szeroko badany jako alternatywny nośnik informacji w elektronach dolinowych. Dokładniej, ich ekscytony dolinowe ±K (które promieniują w postaci płaskich emiterów dipolowych o spolaryzowanym spinie) mogą być selektywnie wzbudzane światłem o spolaryzowanym spinie, zgodnie z regułami selekcji porównania dolinowego, aktywnie kontrolując w ten sposób spin swobodny magnetycznie.źródło optyczne.
W jednowarstwowej zintegrowanej mikrownęce z doliną spinową, ekscytony z doliny ±K 'są sprzężone ze stanem doliny spinowej ±K poprzez dopasowanie polaryzacji, a laser z ekscytonami spinowymi w temperaturze pokojowej jest realizowany przez silne sprzężenie zwrotne światła. Jednocześnielasermechanizm napędza początkowo niezależne od fazy ekscytony doliny ±K, aby znaleźć minimalny stan strat układu i ponownie ustanowić korelację blokady na podstawie fazy geometrycznej przeciwnej do doliny spinowej ±K.
Spójność dolinowa napędzana przez ten mechanizm laserowy eliminuje potrzebę niskotemperaturowego tłumienia rozpraszania przerywanego. Ponadto, stan minimalnej straty lasera monowarstwowego Rashby można modulować za pomocą liniowej (kołowej) polaryzacji pompującej, co umożliwia kontrolę intensywności lasera i spójności przestrzennej.
Profesor Hasman wyjaśnia: „UjawnionefotonicznyEfekt Rashby z doliną spinową zapewnia ogólny mechanizm konstruowania źródeł optycznych spinowych emitujących powierzchnię. Spójność doliny zademonstrowana w jednowarstwowej zintegrowanej mikrownęce z doliną spinową przybliża nas o krok do osiągnięcia kwantowego splątania informacji między ekscytonami doliny ±K za pomocą kubitów.
Nasz zespół od dawna rozwija optykę spinową, wykorzystując spin fotonowy jako skuteczne narzędzie do kontrolowania zachowania fal elektromagnetycznych. W 2018 roku, zaintrygowani pseudospinem dolinowym w materiałach dwuwymiarowych, rozpoczęliśmy długoterminowy projekt badawczy, którego celem jest zbadanie możliwości aktywnej kontroli spinowych źródeł optycznych w skali atomowej przy braku pól magnetycznych. Wykorzystujemy nielokalny model defektu fazy Berry'ego do rozwiązania problemu uzyskania spójnej fazy geometrycznej z pojedynczego ekscytonu dolinowego.
Jednak ze względu na brak silnego mechanizmu synchronizacji między ekscytonami, fundamentalna koherentna superpozycja wielu ekscytonów dolinowych w jednowarstwowym źródle światła Rashuba, którą udało się osiągnąć, pozostaje nierozwiązana. Ten problem inspiruje nas do rozważenia modelu Rashuba fotonów o wysokiej dobroci. Po wprowadzeniu innowacyjnych metod fizycznych, wdrożyliśmy jednowarstwowy laser Rashuba opisany w niniejszej pracy.
Osiągnięcie to otwiera drogę do badań nad zjawiskami spójnej korelacji spinów w polach klasycznych i kwantowych oraz otwiera nowe możliwości badań podstawowych i zastosowań urządzeń optoelektronicznych spintronicznych i fotonicznych.