Nowy świat urządzeń optoelektronicznych

Nowy światurządzenia optoelektroniczne

Naukowcy z Technion-Izraelskiego Instytutu Technologicznego opracowali spójnie kontrolowany spinlaser optycznyna podstawie pojedynczej warstwy atomowej. Odkrycie to było możliwe dzięki spójnej, zależnej od spinu interakcji pomiędzy pojedynczą warstwą atomową a poziomo ograniczoną fotoniczną siecią spinową, która wspiera dolinę spinową o wysokiej 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 spinem koherentnym w klasycznej isystemy kwantowei otwiera nowe możliwości dla badań podstawowych i zastosowań spinu elektronowego i fotonowego w urządzeniach optoelektronicznych. Źródło optyczne spinu łączy tryb fotonowy z przejściem elektronowym, co zapewnia metodę badania wymiany informacji spinowej między elektronami i fotonami oraz opracowywania zaawansowanych urządzeń optoelektronicznych.

Mikrownęki optyczne z doliną spinową powstają poprzez połączenie sieci spinów fotonowych 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 pod efektem Faradaya lub Zeemana, chociaż te metody zwykle wymagają silnego pola magnetycznego i nie mogą wytworzyć mikroźródła. Inne obiecujące podejście opiera się na systemie kamer geometrycznych, który wykorzystuje sztuczne pole magnetyczne do generowania stanów rozszczepienia spinu fotonów w przestrzeni pędu.
Niestety, poprzednie obserwacje stanów rozszczepienia spinu w dużej mierze opierały się na trybach propagacji o niskim współczynniku masy, które nakładają niekorzystne ograniczenia na przestrzenną i czasową spójność źródeł. Podejście to jest również utrudnione przez kontrolowaną spinem naturę blokowych materiałów o wzmocnieniu laserowym, których nie można lub nie można łatwo wykorzystać do aktywnej kontroliźródła światła, zwłaszcza w przypadku braku pól magnetycznych w temperaturze pokojowej.
Aby osiągnąć stany spin-splitting high-Q, badacze skonstruowali fotoniczne sieci spinowe o różnych symetriach, w tym rdzeń z asymetrią inwersyjną i obwiednię inwersyjnie symetryczną zintegrowaną z pojedynczą warstwą WS2, aby wytworzyć boczne doliny spinowe. Podstawowa odwrotna sieć asymetryczna używana przez badaczy ma dwie ważne właściwości.
Sterowany spinowo-zależny odwrotny wektor sieciowy spowodowany przez geometryczną zmienność przestrzeni fazowej heterogenicznej anizotropowej nanoporowatości z nich złożonej. Ten wektor dzieli pasmo degradacji spinu na dwie spinowo spolaryzowane gałęzie w przestrzeni pędu, znane jako efekt fotoniczny Rushberga.
Para symetrycznych (quasi) stanów związanych o wysokiej 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 bezpośredni disiarczek metalu przejściowego z przerwą pasmową ma unikalny pseudo-spin dolinowy i był szeroko badany jako alternatywny nośnik informacji w elektronach dolinowych. Konkretnie, ich ekscytony dolinowe ±K (które promieniują w formie płaskich emiterów dipolowych o spolaryzowanym spinie) mogą być selektywnie wzbudzane przez światło o spolaryzowanym spinie zgodnie z regułami selekcji porównania dolin, aktywnie kontrolując w ten sposób magnetycznie swobodny spinźródło optyczne.
W zintegrowanej mikrownęce z doliną spinową o pojedynczej warstwie ekscytony doliny spinowej ±K są sprzężone ze stanem doliny spinowej ±K poprzez dopasowanie polaryzacji, a laser ekscytonowy spinowy w temperaturze pokojowej jest realizowany przez silne sprzężenie zwrotne światła. Jednocześnielasermechanizm napędza początkowo niezależne od fazy ekscytony ±K 'doliny, aby znaleźć minimalny stan strat układu i ponownie ustanowić korelację blokady w oparciu o fazę geometryczną przeciwną do doliny spinowej ±K.
Spójność doliny napędzana przez ten mechanizm laserowy eliminuje potrzebę tłumienia rozpraszania przerywanego w niskiej temperaturze. Ponadto minimalny stan strat lasera monowarstwowego Rashba można modulować za pomocą liniowej (kołowej) polaryzacji pompującej, co zapewnia sposób kontrolowania intensywności lasera i spójności przestrzennej”.
Profesor Hasman wyjaśnia: „Ujawnionefotonicznyefekt Rashby spin valley zapewnia ogólny mechanizm konstruowania optycznych źródeł spinowych emitujących powierzchnię. Spójność doliny zademonstrowana w zintegrowanej mikrownęce spin valley o pojedynczej warstwie przybliża nas o krok do osiągnięcia splątania informacji kwantowej między ekscytonami ±K 'valley za pośrednictwem kubitów.
Od dawna nasz zespół rozwija optykę spinową, wykorzystując spin fotonowy jako skuteczne narzędzie do kontrolowania zachowania fal elektromagnetycznych. W 2018 roku, zaintrygowani pseudo-spinem dolinowym w materiałach dwuwymiarowych, rozpoczęliśmy długoterminowy projekt mający na celu zbadanie aktywnej kontroli źródeł optycznych spinu w skali atomowej przy braku pól magnetycznych. Wykorzystujemy nielokalny model defektu fazy Berry'ego, aby rozwiązać problem uzyskania spójnej fazy geometrycznej z pojedynczego ekscytonu dolinowego.
Jednakże z powodu braku silnego mechanizmu synchronizacji między ekscytonami, fundamentalna koherentna superpozycja wielu ekscytonów dolinowych w jednowarstwowym źródle światła Rashuba, która została osiągnięta, pozostaje nierozwiązana. Ten problem inspiruje nas do myślenia o modelu Rashuba fotonów o wysokiej Q. Po wprowadzeniu innowacji w nowych metodach fizycznych wdrożyliśmy jednowarstwowy laser Rashuba opisany w tym artykule.”
Osiągnięcie to otwiera drogę do badań nad zjawiskami koherentnej korelacji spinów w polach klasycznych i kwantowych, a także otwiera nowe możliwości badań podstawowych i zastosowań urządzeń optoelektronicznych spintronicznych i fotonicznych.