Нов свят на оптоелектронни устройства

Нов свят наоптоелектронни устройства

Изследователи от Технион-Израелския технологичен институт са разработили кохерентно контролирано въртенеоптичен лазербазиран на един атомен слой. Това откритие е станало възможно благодарение на кохерентно спин-зависимо взаимодействие между един атомен слой и хоризонтално ограничена фотонна спинова решетка, която поддържа спинова долина с висок Q чрез спиново разделяне от типа Рашаба на фотони на свързани състояния в континуума.
Резултатът, публикуван в Nature Materials и подчертан в изследователския му документ, проправя пътя за изучаване на кохерентни спин-свързани явления в класическите иквантови системи, и открива нови пътища за фундаментални изследвания и приложения на спина на електрони и фотони в оптоелектронни устройства. Спиновият оптичен източник комбинира фотонния режим с електронния преход, което предоставя метод за изучаване на обмена на спинова информация между електрони и фотони и разработване на усъвършенствани оптоелектронни устройства.

Оптичните микрокухини тип „спин долина“ са конструирани чрез свързване на фотонни спинови решетки с инверсионна асиметрия (жълта сърцевинна област) и инверсионна симетрия (цианова облицовъчна област).
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 въздействието на ефекта на Фарадей или Зееман, въпреки че тези методи обикновено изискват силно магнитно поле и не могат да създадат микроизточник. Друг обещаващ подход е базиран на геометрична система от камери, която използва изкуствено магнитно поле за генериране на спин-разделени състояния на фотони в импулсно пространство.
За съжаление, предишни наблюдения на състояния на спиново разделяне са разчитали до голяма степен на режими на разпространение с нисък масов фактор, което налага неблагоприятни ограничения върху пространствената и времевата кохерентност на източниците. Този подход е възпрепятстван и от контролирания от спина характер на блоковите материали с лазерно усилване, които не могат или не могат лесно да се използват за активно управление.източници на светлина, особено при липса на магнитни полета при стайна температура.
За да постигнат състояния на разделяне на спина с висок Q, изследователите са конструирали фотонни спинови решетки с различни симетрии, включително ядро ​​с инверсна асиметрия и инверсно симетрична обвивка, интегрирана с единичен слой WS2, за да създадат странично ограничени спинови долини. Основната обратна асиметрична решетка, използвана от изследователите, има две важни свойства.
Контролируемият спин-зависим реципрочен вектор на решетката, причинен от геометричната вариация на фазовото пространство на хетерогенната анизотропна нанопореста структура, съставена от тях. Този вектор разделя лентата на спинова деградация на два спин-поляризирани клона в импулсното пространство, известен като фотонен ефект на Рушберг.
Двойка високо Q симетрични (квази) свързани състояния в континуума, а именно ±K (ъгъл на лентата на Брилюен) фотонни спинови долини на ръба на спиновите разделителни клони, образуват кохерентна суперпозиция с равни амплитуди.
Професор Корен отбеляза: „Използвахме WS2 монолидите като усилващ материал, защото този дисулфид на преходен метал с директна забранена зона има уникален псевдоспин в долината и е обстойно изследван като алтернативен носител на информация в долинните електрони. По-конкретно, техните ±K' долинни екситони (които излъчват под формата на планарни спин-поляризирани диполни емитери) могат да бъдат селективно възбудени от спин-поляризирана светлина съгласно правилата за селекция чрез сравнение на долината, като по този начин активно контролират магнитно свободния спин.“оптичен източник.
В еднослойна интегрирана спинова долина с микрокухина, екситоните на ±K' долината са свързани със състоянието на ±K спиновата долина чрез поляризационно съгласуване, а спиновият екситонен лазер при стайна температура се реализира чрез силна светлинна обратна връзка. В същото време,лазерМеханизмът задвижва първоначално фазово независимите екситони в ±K' долината, за да намери състоянието на минимална загуба на системата и да възстанови заключващата корелация въз основа на геометричната фаза, противоположна на ±K спиновата долина.
Кохерентността на долината, задвижвана от този лазерен механизъм, елиминира необходимостта от потискане на периодичното разсейване при ниски температури. Освен това, състоянието на минимални загуби на монослойния лазер Rashba може да бъде модулирано чрез линейна (кръгова) поляризация на помпата, което осигурява начин за контрол на интензитета на лазера и пространствената кохерентност.
Професор Хасман обяснява: „РазкритотофотоненЕфектът Рашба в спиновата долина предоставя общ механизъм за конструиране на повърхностно излъчващи спинови оптични източници. Кохерентността на долината, демонстрирана в еднослойна интегрирана спинова долина, ни доближава с една стъпка до постигане на квантово информационно заплитане между ±K' екситоните в долината чрез кубити.
От дълго време нашият екип разработва спинова оптика, използвайки фотонния спин като ефективен инструмент за контролиране на поведението на електромагнитните вълни. През 2018 г., заинтригувани от псевдоспин-а в долината в двуизмерни материали, започнахме дългосрочен проект за изследване на активния контрол на спинови оптични източници в атомен мащаб при липса на магнитни полета. Използваме нелокалния модел на фазов дефект на Бери, за да решим проблема с получаването на кохерентна геометрична фаза от единичен екситон в долината.
Въпреки това, поради липсата на силен механизъм за синхронизация между екситоните, фундаменталната кохерентна суперпозиция на множество долинни екситони в постигнатия еднослоен светлинен източник Rashuba остава нерешена. Този проблем ни вдъхновява да се замислим за модела Rashuba на фотони с висок Q фактор. След като разработихме нови физични методи, ние внедрихме еднослойния лазер Rashuba, описан в тази статия.
Това постижение проправя пътя за изучаване на явленията на кохерентна спинова корелация в класическите и квантовите полета и открива нов път за фундаментални изследвания и използване на спинтронни и фотонни оптоелектронни устройства.