Novi svijet optoelektronskih uređaja

Novi svijetoptoelektronski uređaji

Istraživači na Tehnološkom institutu Technion-Izrael razvili su koherentno kontrolirano okretanje.optički laserzasnovano na jednom atomskom sloju. Ovo otkriće je omogućeno koherentnom spinsko-zavisnom interakcijom između jednog atomskog sloja i horizontalno ograničene fotonske spinske rešetke, koja podržava visoko-Q spinsku dolinu putem Rashaba-tipa cijepanja spina fotona vezanih stanja u kontinuumu.
Rezultat, objavljen u časopisu Nature Materials i istaknut u istraživačkom sažetku, otvara put proučavanju koherentnih fenomena povezanih sa spinom u klasičnim ikvantni sistemi, i otvara nove puteve za fundamentalna istraživanja i primjenu spina elektrona i fotona u optoelektronskim uređajima. Spinski optički izvor kombinuje fotonski mod sa elektronskim prelazom, što pruža metodu za proučavanje razmjene informacija o spinu između elektrona i fotona i razvoj naprednih optoelektronskih uređaja.

Optičke mikrošupljine spin doline konstruirane su spajanjem fotonskih spinskih rešetki s inverzijskom asimetrijom (žuta jezgra) i inverzijskom simetrijom (cijan omotačka regija).
Da bi se izgradili ovi izvori, preduslov je eliminisanje spinske degeneracije između dva suprotna spinska stanja u fotonskom ili elektronskom dijelu. To se obično postiže primjenom magnetskog polja pod Faradejevim ili Zeemanovim efektom, iako ove metode obično zahtijevaju jako magnetsko polje i ne mogu proizvesti mikroizvor. Drugi obećavajući pristup zasniva se na geometrijskom sistemu kamere koji koristi vještačko magnetsko polje za generisanje spinsko-rascijepljenih stanja fotona u prostoru impulsa.
Nažalost, prethodna opažanja stanja spinskog rascjepa uveliko su se oslanjala na modove propagacije s niskim faktorom mase, što nameće negativna ograničenja na prostornu i vremensku koherenciju izvora. Ovaj pristup je također otežan prirodom blokovskih materijala za lasersko pojačanje kontroliranom spinom, koji se ne mogu ili ne mogu lako koristiti za aktivnu kontrolu.izvori svjetlosti, posebno u odsustvu magnetnih polja na sobnoj temperaturi.
Da bi postigli stanja cijepanja spina s visokim Q faktorom, istraživači su konstruirali fotonske spinske rešetke s različitim simetrijama, uključujući jezgro s inverznom asimetrijom i inverzno simetričnu ovojnicu integriranu s jednim slojem WS2, kako bi proizveli lateralno ograničene spinske doline. Osnovna inverzna asimetrična rešetka koju koriste istraživači ima dva važna svojstva.
Kontrolisani vektor recipročne rešetke zavisan od spina uzrokovan varijacijom geometrijskog faznog prostora heterogenih anizotropnih nanoporoznih materijala sastavljenih od njih. Ovaj vektor dijeli pojas degradacije spina na dvije spinsko-polarizovane grane u prostoru impulsa, poznate kao fotonski Rushbergov efekat.
Par visoko Q simetričnih (kvazi) vezanih stanja u kontinuumu, naime ±K (ugao Brillouin trake) fotonskih spinskih dolina na rubu grana cijepanja spina, formiraju koherentnu superpoziciju jednakih amplituda.
Profesor Koren je istakao: „Koristili smo WS2 monolide kao materijal za pojačanje jer ovaj direktni disulfid prelaznog metala u zabranjenoj zoni ima jedinstveni pseudo-spin u dolini i opsežno je proučavan kao alternativni nosilac informacija u elektronima u dolini. Konkretno, njihovi ±K 'eksitoni u dolini (koji zrače u obliku planarnih spinsko-polarizovanih dipolnih emitera) mogu se selektivno pobuditi spinsko-polarizovanom svjetlošću prema pravilima selekcije poređenja u dolini, čime se aktivno kontroliše magnetski slobodni spin.“optički izvor.
U jednoslojnoj integriranoj mikrošupljini sa spin dolinom, eksitoni ±K' doline su povezani sa stanjem ±K spin doline usklađivanjem polarizacije, a spin eksitonski laser na sobnoj temperaturi se ostvaruje snažnom svjetlosnom povratnom spregom. Istovremeno,laserMehanizam pokreće inicijalno fazno nezavisne ekscitone u ±K' dolini kako bi pronašli stanje minimalnih gubitaka u sistemu i ponovo uspostavili korelaciju zaključavanja na osnovu geometrijske faze nasuprot ±K spin dolini.
Koherencija doline, koju pokreće ovaj laserski mehanizam, eliminira potrebu za supresijom intermitentnog raspršenja na niskim temperaturama. Osim toga, stanje minimalnih gubitaka Rashba monoslojnog lasera može se modulirati linearnom (kružnom) polarizacijom pumpe, što omogućava kontrolu intenziteta lasera i prostorne koherencije.
Profesor Hasman objašnjava: „OtkrivenofotonskiRashbin efekat u spin dolini pruža opći mehanizam za konstruiranje spinskih optičkih izvora koji emitiraju površinu. Koherencija doline demonstrirana u jednoslojnoj integriranoj mikrošupljini spin doline dovodi nas korak bliže postizanju kvantnog informacionog ispreplitanja između ±K' ekscitona doline putem kubita.
Naš tim već dugo razvija spinsku optiku, koristeći fotonski spin 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 optičkih izvora spina na atomskoj skali u odsustvu magnetnih polja. Koristimo nelokalni Berryjev model faznog defekta kako bismo riješili problem dobijanja koherentne geometrijske faze iz jednog ekscitona u dolini.
Međutim, zbog nedostatka snažnog mehanizma sinhronizacije između eksitona, fundamentalna koherentna superpozicija višestrukih dolinskih eksitona u jednoslojnom izvoru svjetlosti Rashuba, koja je postignuta, ostaje neriješena. Ovaj problem nas inspiriše da razmišljamo o Rashuba modelu fotona visokog Q faktora. Nakon inovacije novih fizičkih metoda, implementirali smo Rashuba jednoslojni laser opisan u ovom radu.
Ovo dostignuće otvara put proučavanju fenomena koherentne spin korelacije u klasičnim i kvantnim poljima i otvara novi put za fundamentalna istraživanja i upotrebu spintronskih i fotonskih optoelektronskih uređaja.