Novi svijet optoelektroničkih uređaja

Novi svijet odoptoelektronički uređaji

Istraživači na Technion-Israel Institute of Technology razvili su koherentno kontroliranu vrtnjuoptički laserna temelju jednog atomskog sloja. Ovo otkriće omogućila je koherentna interakcija ovisna o spinu između jednog atomskog sloja i vodoravno ograničene fotonske spinske rešetke, koja podržava spinsku dolinu s visokim Q kroz spinsko cijepanje fotona vezanih stanja u kontinuumu tipa Rashaba.
Rezultat, objavljen u časopisu Nature Materials i istaknut u sažetku istraživanja, utire put proučavanju koherentnih fenomena povezanih sa spinom u klasičnim ikvantni sustavi, te otvara nove putove za temeljna istraživanja i primjene spina elektrona i fotona u optoelektroničkim uređajima. Spin optički izvor kombinira način rada fotona s prijelazom elektrona, što pruža metodu za proučavanje razmjene informacija o spinu između elektrona i fotona i razvoj naprednih optoelektroničkih uređaja.

Optičke mikrošupljine spinske doline konstruirane su povezivanjem fotonskih spinskih rešetki s inverzijskom asimetrijom (područje žute jezgre) i inverzijskom simetrijom (područje cijan obloge).
Da bi se izgradili ti izvori, preduvjet je eliminirati spinsku degeneraciju između dva suprotna spinska stanja u dijelu fotona ili elektrona. To se obično postiže primjenom magnetskog polja pod Faradayevim ili Zeemanovim efektom, iako te metode obično zahtijevaju jako magnetsko polje i ne mogu proizvesti mikroizvor. Još jedan obećavajući pristup temelji se na geometrijskom sustavu kamera koji koristi umjetno magnetsko polje za generiranje spin-split stanja fotona u prostoru momenta.
Nažalost, prethodna promatranja stanja rascjepa spina uvelike su se oslanjala na načine propagacije faktora niske mase, koji nameću nepovoljna ograničenja prostornoj i vremenskoj koherenciji izvora. Ovaj pristup je također ometen spin-kontroliranom prirodom blokiranih materijala s laserskim pojačanjem, koji se ne mogu ili ne mogu lako koristiti za aktivnu kontroluizvora svjetlosti, posebno u odsutnosti magnetskih polja na sobnoj temperaturi.
Kako bi se postigla stanja cijepanja spina s visokim Q, istraživači su konstruirali fotonske spinske rešetke s različitim simetrijama, uključujući jezgru s inverzijskom asimetrijom i inverzijsku simetričnu ovojnicu integriranu s WS2 jednim slojem, kako bi proizveli bočno ograničene spinske doline. Osnovna inverzna asimetrična rešetka koju koriste istraživači ima dva važna svojstva.
Upravljivi vektor recipročne rešetke ovisan o spinu uzrokovan varijacijom geometrijskog faznog prostora heterogene anizotropne nanoporoze sastavljene od njih. Ovaj vektor dijeli pojas degradacije spina u dvije spin-polarizirane grane u prostoru momenta, poznat kao fotonski Rushbergov efekt.
Par visokih Q simetričnih (kvazi) vezanih stanja u kontinuumu, naime ±K (Brillouinov kut kuta) fotonske spinske doline na rubu grana koje dijele spin, tvore koherentnu superpoziciju jednakih amplituda.
Profesor Koren je primijetio: “Koristili smo monolide WS2 kao materijal za pojačanje jer ovaj disulfid prijelaznog metala s direktnim razmakom ima jedinstveni pseudo-spin u dolini i opsežno je proučavan kao alternativni prijenosnik informacija u elektronima u dolini. Konkretno, njihovi ekscitoni ±K 'doline (koji zrače u obliku planarnih spin-polariziranih dipolnih emitera) mogu se selektivno pobuditi spin-polariziranim svjetlom prema pravilima odabira usporedbe dolina, čime aktivno kontroliraju magnetski slobodni spinoptički izvor.
U jednoslojnoj integriranoj mikrošupljini spinske doline, ekscitoni ±K 'doline spojeni su sa stanjem ±K spinske doline usklađivanjem polarizacije, a laser spin ekscitona na sobnoj temperaturi ostvaruje se snažnom svjetlosnom povratnom spregom. U isto vrijeme,lasermehanizam pokreće inicijalno fazno neovisne ekscitone ±K 'doline kako bi pronašao minimalno stanje gubitaka u sustavu i ponovno uspostavio korelaciju zaključavanja na temelju geometrijske faze nasuprot ±K spinske doline.
Koherencija doline koju pokreće ovaj laserski mehanizam eliminira potrebu za potiskivanjem isprekidanog raspršenja pri niskim temperaturama. Uz to, minimalno stanje gubitaka Rashba jednoslojnog lasera može se modulirati linearnom (kružnom) polarizacijom pumpe, što pruža način za kontrolu intenziteta lasera i prostorne koherencije.”
Profesor Hasman objašnjava: “Otkrivenifotonskispin valley Rashba efekt osigurava opći mehanizam za konstruiranje spin optičkih izvora koji emitiraju površinu. Koherencija doline demonstrirana u jednoslojnoj integriranoj mikrošupljini spin doline dovodi nas jedan korak bliže postizanju kvantne isprepletenosti informacija između ekscitona ±K 'doline putem kubita.
Naš tim je dugo vremena razvijao spinsku optiku, koristeći fotonski spin kao učinkovit alat za kontrolu ponašanja elektromagnetskih valova. Godine 2018., zaintrigirani pseudospinom doline u dvodimenzionalnim materijalima, započeli smo dugoročni projekt istraživanja aktivne kontrole optičkih izvora spina na atomskoj razini u odsutnosti magnetskih polja. Koristimo nelokalni Berryjev fazni model defekta za rješavanje problema dobivanja koherentne geometrijske faze iz jednog ekscitona u dolini.
Međutim, zbog nedostatka snažnog mehanizma sinkronizacije između ekscitona, temeljna koherentna superpozicija višestrukih dolinskih ekscitona u Rashuba jednoslojnom izvoru svjetlosti koja je postignuta ostaje neriješena. Ovaj problem nas inspirira na razmišljanje o Rashubinom modelu fotona visokog Q. Nakon inovacije novih fizičkih metoda, implementirali smo Rashuba jednoslojni laser opisan u ovom radu.”
Ovo postignuće utire put za proučavanje fenomena koherentne korelacije spina u klasičnim i kvantnim poljima i otvara novi put za temeljna istraživanja i korištenje spintroničkih i fotoničkih optoelektroničkih uređaja.