Нов свят на оптоелектронни устройства

Нов свят наоптоелектронни устройства

Изследователи от Технион-Израелския технологичен институт са разработили кохерентно контролирано въртенеоптичен лазерна базата на един атомен слой. Това откритие стана възможно благодарение на кохерентно зависимо от спина взаимодействие между единичен атомен слой и хоризонтално ограничена фотонна спинова решетка, която поддържа спинова долина с висок Q чрез спиново разделяне от Рашаба тип на фотони на свързани състояния в континуума.
Резултатът, публикуван в Nature Materials и подчертан в неговата кратка изследователска информация, проправя пътя за изследване на кохерентни явления, свързани със спина в класическите иквантови системии отваря нови пътища за фундаментални изследвания и приложения на въртенето на електрони и фотони в оптоелектронни устройства. Спиновият оптичен източник съчетава фотонния режим с електронния преход, което осигурява метод за изследване на обмена на спинова информация между електрони и фотони и разработване на усъвършенствани оптоелектронни устройства.

Оптичните микрокухини на спиновата долина са конструирани чрез взаимодействие на фотонни спинови решетки с инверсионна асиметрия (област на жълто ядро) и инверсионна симетрия (област на циан обвивка).
За да се изградят тези източници, предпоставка е да се елиминира спиновата дегенерация между две противоположни спинови състояния във фотонната или електронната част. Това обикновено се постига чрез прилагане на магнитно поле под ефекта на Фарадей или Зееман, въпреки че тези методи обикновено изискват силно магнитно поле и не могат да произведат микроизточник. Друг обещаващ подход се основава на геометрична система от камери, която използва изкуствено магнитно поле за генериране на спин-разделени състояния на фотони в импулсното пространство.
За съжаление, предишни наблюдения на спинови сплит състояния са разчитали в голяма степен на режими на разпространение на фактор с ниска маса, които налагат неблагоприятни ограничения върху пространствената и времева кохерентност на източниците. Този подход също е възпрепятстван от контролираната от въртене природа на блокови материали с лазерно усилване, които не могат или не могат лесно да бъдат използвани за активно управлениеизточници на светлина, особено при липса на магнитни полета при стайна температура.
За да постигнат състояния на разделяне на въртене с висок Q, изследователите са конструирали фотонни спинови решетки с различни симетрии, включително ядро ​​с инверсионна асиметрия и инверсионна симетрична обвивка, интегрирана с WS2 единичен слой, за да произведат странично ограничени спинови долини. Основната обратна асиметрична решетка, използвана от изследователите, има две важни свойства.
Контролируемият спин-зависим вектор на реципрочна решетка, причинен от вариацията на геометричното фазово пространство на хетерогенната анизотропна нанопора, съставена от тях. Този вектор разделя лентата на спинова деградация на два спин-поляризирани клона в импулсното пространство, известно като фотонен ефект на Ръшберг.
Двойка симетрични (квази) обвързани състояния с висок Q в континуума, а именно ±K (ъгъл на лентата на Брилюен) фотонни спинови долини на ръба на разделящите спин клонове, образуват кохерентна суперпозиция на еднакви амплитуди.
Професор Корен отбеляза: „Използвахме монолидите WS2 като усилващ материал, тъй като този дисулфид на преходния метал с директна междина на лентата има уникален псевдоспин на долина и е широко изследван като алтернативен носител на информация в електроните на долината. По-конкретно, техните ±K 'долинни екситони (които излъчват под формата на равнинни спин-поляризирани диполни излъчватели) могат да бъдат селективно възбудени от спин-поляризирана светлина според правилата за избор на сравнение на долини, като по този начин активно контролират магнитно свободно въртенеоптичен източник.
В еднослойна интегрирана микрокухина със спинова долина, екситоните на ±K 'долината са свързани към състоянието на ±K спинова долина чрез поляризационно съвпадение и лазерът на спиновия екситон при стайна температура се реализира чрез силна светлинна обратна връзка. В същото време,лазермеханизъм задвижва първоначално независимите от фазата екситони ±K 'долина, за да намери минималното състояние на загуба на системата и да възстанови корелацията на заключване въз основа на геометричната фаза, противоположна на ±K спиновата долина.
Кохерентността на долината, управлявана от този лазерен механизъм, елиминира необходимостта от нискотемпературно потискане на периодичното разсейване. В допълнение, минималното състояние на загуба на монослойния лазер Rashba може да бъде модулирано чрез линейна (кръгова) поляризация на помпата, което осигурява начин за контролиране на интензитета на лазера и пространствената кохерентност.
Професор Хасман обяснява: „РазкрититефотоненЕфектът на спинова долина на Рашба осигурява общ механизъм за конструиране на повърхностно излъчващи спинови оптични източници. Кохерентността на долината, демонстрирана в еднослойна интегрирана микрокухина на спиновата долина, ни приближава една стъпка по-близо до постигане на квантово информационно заплитане между ±K 'долинни екситони чрез кубити.
Дълго време нашият екип разработва спинова оптика, използвайки фотонен спин като ефективен инструмент за контролиране на поведението на електромагнитните вълни. През 2018 г., заинтригувани от псевдо-завъртането на долината в двуизмерни материали, ние започнахме дългосрочен проект за изследване на активния контрол на оптични източници на спин в атомен мащаб в отсъствието на магнитни полета. Ние използваме модела на нелокалния фазов дефект на Бери, за да решим проблема за получаване на кохерентна геометрична фаза от един екситон на долина.
Въпреки това, поради липсата на силен синхронизиращ механизъм между екситоните, фундаменталната кохерентна суперпозиция на множество долинни екситони в еднослойния светлинен източник Rashuba, която е постигната, остава нерешена. Този проблем ни вдъхновява да мислим за модела Рашуба на високо Q фотони. След иновациите на нови физически методи, ние внедрихме еднослойния лазер Rashuba, описан в тази статия.
Това постижение проправя пътя за изследване на кохерентни явления на спинова корелация в класически и квантови полета и открива нов път за основни изследвания и използване на спинтронни и фотонни оптоелектронни устройства.