Nov svet optoelektronskih naprav

Nov svetoptoelektronske naprave

Raziskovalci na Technion-Izraelskem inštitutu za tehnologijo so razvili koherentno nadzorovano vrtenjeoptični lasertemelji na eni sami atomski plasti. To odkritje je omogočila koherentna, od spina odvisna interakcija med eno samo atomsko plastjo in vodoravno omejeno fotonsko spinsko mrežo, ki podpira vrtilno dolino z visokim Q prek vrtilne cepitve fotonov vezanih stanj v kontinuumu tipa Rashaba.
Rezultat, objavljen v Nature Materials in poudarjen v njegovem raziskovalnem povzetku, utira pot študiju koherentnih pojavov, povezanih s spinom, v klasičnih inkvantni sistemiin odpira nove poti za temeljne raziskave in aplikacije vrtenja elektronov in fotonov v optoelektronskih napravah. Spinski optični vir združuje fotonski način s prehodom elektronov, kar zagotavlja metodo za preučevanje izmenjave spinskih informacij med elektroni in fotoni ter razvoj naprednih optoelektronskih naprav.

Optične mikrovotle doline vrtenja so zgrajene s povezovanjem fotonskih spinskih mrež z inverzijsko asimetrijo (območje rumenega jedra) in inverzijsko simetrijo (področje cian obloge).
Za izgradnjo teh virov je predpogoj, da se odpravi spinska degeneracija med dvema nasprotnima spinskima stanjema v fotonskem ali elektronskem delu. To se običajno doseže z uporabo magnetnega polja pod Faradayevim ali Zeemanovim učinkom, čeprav te metode običajno zahtevajo močno magnetno polje in ne morejo proizvesti mikrovira. Drug obetaven pristop temelji na sistemu geometrijske kamere, ki uporablja umetno magnetno polje za ustvarjanje spin-split stanj fotonov v zagonskem prostoru.
Na žalost so se prejšnja opazovanja stanj spin-split močno zanašala na načine razmnoževanja z nizkimi masnimi faktorji, ki nalagajo neugodne omejitve na prostorsko in časovno koherenco virov. Ta pristop ovira tudi vrtilno nadzorovana narava blokirnih materialov z laserskim ojačanjem, ki jih ni mogoče ali ni mogoče preprosto uporabiti za aktivno krmiljenjeviri svetlobe, zlasti v odsotnosti magnetnih polj pri sobni temperaturi.
Da bi dosegli stanja cepitve spina z visokim Q, so raziskovalci izdelali fotonske spinske mreže z različnimi simetrijami, vključno z jedrom z inverzijsko asimetrijo in inverzijsko simetrično ovojnico, integrirano z enim slojem WS2, da bi ustvarili stransko omejene vrtilne doline. Osnovna inverzna asimetrična mreža, ki jo uporabljajo raziskovalci, ima dve pomembni lastnosti.
Vzajemni mrežni vektor, ki je odvisen od spina in ga je mogoče kontrolirati, povzroča variacija geometrijskega faznega prostora heterogenih anizotropnih nanoporoz, sestavljenih iz njih. Ta vektor razdeli pas degradacije spina na dve spin-polarizirani veji v prostoru impulza, znan kot fotonski Rushbergov učinek.
Par simetričnih (kvazi) vezanih stanj z visokim Q v kontinuumu, in sicer vrtilne doline fotonov ±K (kot Brillouinovega pasu) na robu vej, ki cepijo spin, tvori koherentno superpozicijo enakih amplitud.
Profesor Koren je opozoril: »Monolide WS2 smo uporabili kot ojačitveni material, ker ima ta disulfid prehodne kovine z neposrednim pasovnim presledkom edinstven psevdo-spin v dolini in je bil obsežno raziskan kot alternativni nosilec informacij v elektronih v dolini. Natančneje, njihove ±K 'dolinske ekscitone (ki sevajo v obliki planarnih spin-polariziranih dipolnih oddajnikov) je mogoče selektivno vzbujati s spin-polarizirano svetlobo v skladu s pravili izbire za primerjavo dolin, s čimer aktivno nadzorujejo magnetno prosto vrtenjeoptični vir.
V enoslojni integrirani mikrovotlini s spinsko dolino so ekscitoni ±K 'doline povezani s stanjem spinske doline ±K s polarizacijskim ujemanjem, laser spin ekscitona pri sobni temperaturi pa se realizira z močno svetlobno povratno informacijo. Hkrati jelasermehanizem poganja prvotno fazno neodvisne ekscitone doline ±K ', da najde stanje najmanjše izgube sistema in ponovno vzpostavi korelacijo zaklepanja na podlagi geometrijske faze nasproti doline vrtenja ±K.
Koherentnost doline, ki jo poganja ta laserski mehanizem, odpravlja potrebo po nizkotemperaturnem zatiranju občasnega sipanja. Poleg tega je mogoče stanje minimalne izgube enoslojnega laserja Rashba modulirati z linearno (krožno) polarizacijo črpalke, ki zagotavlja način za nadzor intenzitete laserja in prostorske koherence.
Profesor Hasman pojasnjuje: »RazkritofotonskiUčinek Rashba v spinski dolini zagotavlja splošen mehanizem za konstruiranje površinsko oddajajočih spin optičnih virov. Koherenca doline, prikazana v enoslojni integrirani mikrovotlini vrtljive doline, nas pripelje korak bližje k doseganju prepletenosti kvantnih informacij med ekscitoni doline ±K 'preko kubitov.
Naša ekipa je dolgo časa razvijala spin optiko, ki uporablja fotonski spin kot učinkovito orodje za nadzor obnašanja elektromagnetnih valov. Leta 2018, ki nas je navdušil psevdospin v dolini v dvodimenzionalnih materialih, smo začeli dolgoročni projekt za raziskovanje aktivnega nadzora optičnih virov vrtenja v atomskem merilu v odsotnosti magnetnih polj. Za rešitev problema pridobivanja koherentne geometrijske faze iz ekscitona z enojno dolino uporabljamo nelokalni model napake Berryjeve faze.
Vendar pa zaradi pomanjkanja močnega sinhronizacijskega mehanizma med ekscitoni ostaja temeljna koherentna superpozicija več dolinskih ekscitonov v enoslojnem viru svetlobe Rashuba, ki je bila dosežena, še vedno nerešena. Ta problem nas navdihuje k razmišljanju o Rashubinem modelu fotonov z visokim Q. Po inovacijah novih fizikalnih metod smo uvedli enoslojni laser Rashuba, opisan v tem dokumentu.«
Ta dosežek utira pot proučevanju pojavov koherentne spinske korelacije v klasičnih in kvantnih poljih ter odpira novo pot za osnovne raziskave in uporabo spintronskih in fotonskih optoelektronskih naprav.