Novi svijet optoelektronskih uređaja

Novi svijetoptoelektronskih uređaja

Istraživači sa Technion-Izraelskog instituta za tehnologiju razvili su koherentno kontrolirani spinoptički laserbaziran na jednom atomskom sloju. Ovo otkriće je omogućeno koherentnom spin-ovisnom interakcijom između jednog atomskog sloja i horizontalno ograničene fotonske spinske rešetke, koja podržava dolinu visokog Q spina kroz spinsko cijepanje fotona vezanih stanja u kontinuumu tipa Rashaba.
Rezultat, objavljen u Nature Materials i istaknut u svom istraživačkom sažetku, utire put proučavanju koherentnih fenomena povezanih sa spinom u klasičnim ikvantni sistemi, i otvara nove puteve za fundamentalna istraživanja i primjene spina elektrona i fotona u optoelektronskim uređajima. Spin optički izvor kombinuje fotonski mod sa tranzicijom elektrona, što obezbeđuje metod za proučavanje razmene spin informacija između elektrona i fotona i razvoj naprednih optoelektronskih uređaja.

Optičke mikrošupljine u spinskoj dolini su konstruisane spajanjem fotonskih spinskih rešetki sa inverzijskom asimetrijom (područje žutog jezgra) i inverzijskom simetrijom (područje cijan obloge).
Da bi se izgradili ovi izvori, preduslov je da se eliminiše spinska degeneracija između dva suprotna spinska stanja u fotonskom ili elektronskom delu. Ovo se obično postiže primjenom magnetnog polja pod Faradayjevim ili Zeemanovim efektom, iako ove metode obično zahtijevaju jako magnetsko polje i ne mogu proizvesti mikroizvor. Još jedan obećavajući pristup baziran je na geometrijskom sistemu kamera koji koristi umjetno magnetsko polje za generiranje spin-split stanja fotona u impulsnom prostoru.
Nažalost, prethodna zapažanja spin podijeljenih stanja uvelike su se oslanjala na načine širenja faktora male mase, koji nameću nepovoljna ograničenja na prostornu i vremensku koherentnost izvora. Ovaj pristup je također otežan prirodom kontroliranog okretanja blokovanih materijala za dobivanje lasera, koji se ne mogu ili ne mogu lako koristiti za aktivnu kontroluizvori svjetlosti, posebno u odsustvu magnetnih polja na sobnoj temperaturi.
Da bi postigli visoko-Q stanja spinskog cijepanja, istraživači su konstruirali fotonske spinske rešetke s različitim simetrijama, uključujući jezgro s inverzijskom asimetrijom i inverzijsku simetričnu ovojnicu integriranu s jednim slojem WS2, kako bi proizveli bočno ograničene spinske doline. Osnovna inverzna asimetrična rešetka koju su koristili istraživači ima dva važna svojstva.
Upravljački spin-ovisni recipročni vektor rešetke uzrokovan varijacijom geometrijskog faznog prostora heterogenog anizotropnog nanoporoznog sastava od njih. Ovaj vektor dijeli pojas degradacije spina na dvije spin-polarizirane grane u prostoru momenta, poznato kao fotonski Rushbergov efekat.
Par visoko Q simetričnih (kvazi) vezanih stanja u kontinuumu, naime ±K (Brillouin band Angle) fotonskih spin dolina na rubu grana koje se cijepaju, formiraju koherentnu superpoziciju jednakih amplituda.
Profesor Koren je primetio: „Koristili smo WS2 monolide kao materijal za pojačanje jer ovaj disulfid prelaznog metala sa direktnim razmakom ima jedinstveni pseudo-spin i opsežno je proučavan kao alternativni nosilac informacija u elektronima u dolini. Konkretno, njihovi eksitoni ±K' doline (koji zrače u obliku planarnih spin polariziranih dipolnih emitera) mogu se selektivno pobuđivati ​​spin polariziranom svjetlošću prema pravilima selekcije u usporedbi doline, čime se aktivno kontrolira magnetski slobodni spinoptički izvor.
U jednoslojnoj integriranoj mikrošupljini s spinskom dolinom, eksitoni ±K' doline su spojeni sa stanjem spinske doline ±K usklađivanjem polarizacije, a spin eksitonski laser na sobnoj temperaturi se ostvaruje snažnom svjetlosnom povratnom spregom. U isto vrijeme,lasermehanizam pokreće inicijalno nezavisne od faze ±K' doline eksitone da pronađu stanje minimalnog gubitka sistema i ponovo uspostavi korelaciju zaključavanja zasnovanu na geometrijskoj fazi nasuprot ±K spin dolini.
Koherentnost doline koju pokreće ovaj laserski mehanizam eliminiše potrebu za suzbijanjem povremenog raspršenja na niskim temperaturama. Osim toga, stanje minimalnih gubitaka Rashba monoslojnog lasera može se modulirati linearnom (kružnom) polarizacijom pumpe, što pruža način kontrole intenziteta lasera i prostorne koherentnosti.”
Profesor Hasman objašnjava: „OtkrivenofotonskiRashba efekat spin doline pruža opšti mehanizam za konstruisanje spin optičkih izvora koji emituju površinu. Koherentnost doline demonstrirana u jednoslojnoj integriranoj mikrošupljini spinske doline dovodi nas jedan korak bliže postizanju kvantne informacione isprepletenosti između ±K' eksitona doline preko kubita.
Naš tim već duže vreme razvija spin optiku, koristeći spin fotona kao efikasan alat za kontrolu ponašanja elektromagnetnih talasa. 2018. godine, zaintrigirani pseudo-spinom u dolini u dvodimenzionalnim materijalima, započeli smo dugoročni projekat istraživanja aktivne kontrole spin optičkih izvora atomske skale u odsustvu magnetnih polja. Koristimo nelokalni Berry fazni defektni model da riješimo problem dobivanja koherentne geometrijske faze iz jednog eksitona doline.
Međutim, zbog nedostatka snažnog mehanizma sinhronizacije između eksitona, fundamentalna koherentna superpozicija višestrukih dolinskih eksitona u Rashuba jednoslojnom izvoru svjetlosti koja je postignuta ostaje neriješena. Ovaj problem nas inspiriše da razmišljamo o Rashubinom modelu fotona visokog Q. Nakon inoviranja novih fizičkih metoda, implementirali smo Rashuba jednoslojni laser opisan u ovom radu.”
Ovo dostignuće otvara put za proučavanje fenomena koherentne spin korelacije u klasičnim i kvantnim poljima i otvara novi put za osnovna istraživanja i upotrebu spintronskih i fotonskih optoelektronskih uređaja.