Nov svet optoelektronskih naprav

Nov svetoptoelektronske naprave

Raziskovalci na Tehnološkem inštitutu Technion-Israel so razvili koherentno nadzorovano vrtenje.optični laserna podlagi ene same atomske plasti. To odkritje je omogočila koherentna spinsko odvisna interakcija med eno samo atomsko plastjo in horizontalno omejeno fotonsko spinsko mrežo, ki podpira visoko-Q spinsko dolino preko Rashaba-tipa spinskega cepljenja fotonov vezanih stanj v kontinuumu.
Rezultat, objavljen v reviji Nature Materials in poudarjen v raziskovalnem dokumentu, utira pot preučevanju koherentnih spin-povezanih pojavov v klasični inkvantni sistemi, in odpira nove možnosti za temeljne raziskave in uporabo elektronskega in fotonskega spina v optoelektronskih napravah. Spinski optični vir združuje fotonski način z elektronskim prehodom, kar zagotavlja metodo za preučevanje izmenjave spinskih informacij med elektroni in fotoni ter razvoj naprednih optoelektronskih naprav.

Optične mikrovotline spin-dolin so konstruirane z medsebojnim povezovanjem fotonskih spinskih mrež z inverzijsko asimetrijo (rumeno jedro) in inverzijsko simetrijo (cijan obložni predel).
Za izgradnjo teh virov je predpogoj odprava spinske degeneracije med dvema nasprotnima spinskima stanjema v fotonskem ali elektronskem delu. To se običajno doseže z uporabo magnetnega polja pod vplivom Faradayevega ali Zeemanovega učinka, čeprav te metode običajno zahtevajo močno magnetno polje in ne morejo ustvariti mikrovira. Drug obetaven pristop temelji na geometrijskem sistemu kamer, ki uporablja umetno magnetno polje za ustvarjanje spinsko razcepljenih stanj fotonov v prostoru momenta.
Žal so se prejšnja opazovanja stanj spina z razcepom močno zanašala na načine širjenja z nizkim masnim faktorjem, ki nalagajo neugodne omejitve prostorski in časovni koherenci virov. Ta pristop ovira tudi spinsko nadzorovana narava blokovnih materialov za lasersko ojačanje, ki jih ni mogoče ali ni enostavno uporabiti za aktivno krmiljenje.svetlobni viri, zlasti v odsotnosti magnetnih polj pri sobni temperaturi.
Da bi dosegli stanja spinskega razcepa z visokim Q, so raziskovalci konstruirali fotonske spinske mreže z različnimi simetrijami, vključno z jedrom z inverzijsko asimetrijo in inverzijsko simetrično ovojnico, integrirano z enojno plastjo WS2, da bi ustvarili lateralno omejene spinske doline. Osnovna inverzna asimetrična mreža, ki jo uporabljajo raziskovalci, ima dve pomembni lastnosti.
Nadzorljiv vektor recipročne mreže, odvisen od spina, ki ga povzroča variacija geometrijskega faznega prostora heterogenih anizotropnih nanoporoz, sestavljenih iz njih. Ta vektor razdeli pas degradacije spina na dve spinsko polarizirani veji v prostoru momenta, kar je znano kot fotonski Rushbergov učinek.
Par visoko simetričnih (kvazi) vezanih stanj z visokim Q v kontinuumu, in sicer ±K (kot Brillouinovega pasu) fotonskih spinskih dolin na robu spinskih cepitvenih vej, tvori koherentno superpozicijo enakih amplitud.
Profesor Koren je ugotovil: »Monolide WS2 smo uporabili kot ojačevalni material, ker ima ta direktni disulfid prehodne kovine z vrzeljo v pasu edinstven psevdo-spin v dolini in je bil obsežno preučen kot alternativni nosilec informacij v dolinskih elektronih. Natančneje, njihove ±K' eksitone v dolini (ki sevajo v obliki planarnih spinsko polariziranih dipolnih sevalcev) je mogoče selektivno vzbujati s spinsko polarizirano svetlobo v skladu s pravili izbora za primerjavo v dolini, s čimer aktivno nadzorujemo magnetno prosti spin.«optični vir.
V enoslojni integrirani mikrovotlini s spinsko dolino so eksitoni doline ±K' povezani s stanjem spinske doline ±K s pomočjo polarizacijskega ujemanja, spin-eksitonski laser pri sobni temperaturi pa se realizira z močno svetlobno povratno zanko. Hkrati palaserMehanizem poganja začetno fazno neodvisne eksitone v dolini ±K ', da najdejo stanje minimalne izgube sistema in ponovno vzpostavijo korelacijo zaklepanja na podlagi geometrijske faze nasproti doline spina ±K.
Koherenca doline, ki jo poganja ta laserski mehanizem, odpravlja potrebo po nizkotemperaturnem zatiranju občasnega sipanja. Poleg tega je mogoče stanje minimalnih izgub Rashba monoslojnega laserja modulirati z linearno (krožno) polarizacijo črpalke, kar omogoča nadzor nad intenzivnostjo laserja in prostorsko koherenco.
Profesor Hasman pojasnjuje: »RazkritofotonskiRashbin učinek v spinski dolini zagotavlja splošen mehanizem za konstruiranje površinsko oddajajočih spinskih optičnih virov. Koherenca doline, dokazana v enoslojni integrirani mikrovotlini spinske doline, nas približa doseganju kvantne informacijske prepletenosti med eksitoni v dolini ±K' prek kubitov.
Naša ekipa že dolgo razvija spinsko optiko, pri čemer uporablja fotonski spin kot učinkovito orodje za nadzor obnašanja elektromagnetnih valov. Leta 2018 smo se zaradi zanimanja za dolinski psevdo-spin v dvodimenzionalnih materialih lotili dolgoročnega projekta za raziskovanje aktivnega nadzora spinskih optičnih virov na atomski ravni v odsotnosti magnetnih polj. Za rešitev problema pridobivanja koherentne geometrijske faze iz enega samega dolinskega ekscitona uporabljamo nelokalni Berryjev model faznega defekta.
Vendar pa zaradi pomanjkanja močnega mehanizma sinhronizacije med eksitoni ostaja temeljna koherentna superpozicija več dolinskih eksitonov v enoslojnem svetlobnem viru Rashuba nerešena. Ta problem nas navdihuje k razmišljanju o Rashuba modelu fotonov z visokim Q. Po uvedbi novih fizikalnih metod smo implementirali enoslojni laser Rashuba, opisan v tem članku.
Ta dosežek utira pot preučevanju pojavov koherentne spinske korelacije v klasičnih in kvantnih poljih ter odpira novo pot za temeljne raziskave in uporabo spintronskih in fotonskih optoelektronskih naprav.