En ny verden avoptoelektroniske enheter
Forskere ved Technion-Israel Institute of Technology har utviklet et sammenhengende kontrollert spinnoptisk laserbasert på et enkelt atomlag. Denne oppdagelsen ble muliggjort av en koherent spinnavhengig interaksjon mellom et enkelt atomlag og et horisontalt begrenset fotonisk spinngitter, som støtter en høy-Q spinndal gjennom Rashaba-type spinndeling av fotoner av bundne tilstander i kontinuumet.
Resultatet, publisert i Nature Materials og fremhevet i forskningsoppdraget, baner vei for studiet av sammenhengende spin-relaterte fenomener i klassisk ogkvantesystemer, og åpner nye veier for grunnleggende forskning og anvendelser av elektron- og fotonspin i optoelektroniske enheter. Den optiske spinnkilden kombinerer fotonmodusen med elektronovergangen, som gir en metode for å studere spinninformasjonsutvekslingen mellom elektroner og fotoner og utvikle avanserte optoelektroniske enheter.
Spin Valley optiske mikrohulrom er konstruert ved å sette sammen fotoniske spinngitter med inversjonsasymmetri (gul kjerneregion) og inversjonssymmetri (cyan bekledningsregion).
For å bygge disse kildene, er en forutsetning å eliminere spindegenerasjonen mellom to motsatte spinntilstander i foton- eller elektrondelen. Dette oppnås vanligvis ved å påføre et magnetfelt under en Faraday- eller Zeeman-effekt, selv om disse metodene vanligvis krever et sterkt magnetfelt og ikke kan produsere en mikrokilde. En annen lovende tilnærming er basert på et geometrisk kamerasystem som bruker et kunstig magnetfelt for å generere spin-splitt-tilstander av fotoner i momentum-rommet.
Dessverre har tidligere observasjoner av spinndelte tilstander i stor grad vært avhengige av lavmassefaktorutbredelsesmoduser, som legger ugunstige begrensninger på kildenes romlige og tidsmessige sammenheng. Denne tilnærmingen er også hemmet av den spinnkontrollerte naturen til blokkholdige laserforsterkningsmaterialer, som ikke kan eller enkelt kan brukes til aktivt å kontrollerelyskilder, spesielt i fravær av magnetiske felt ved romtemperatur.
For å oppnå høy-Q spinn-splittende tilstander, konstruerte forskerne fotoniske spinngitter med forskjellige symmetrier, inkludert en kjerne med inversjonsasymmetri og en inversjonssymmetrisk konvolutt integrert med et WS2 enkeltlag, for å produsere lateralt begrensede spinndaler. Det grunnleggende inverse asymmetriske gitteret som brukes av forskerne har to viktige egenskaper.
Den kontrollerbare spinnavhengige resiproke gittervektoren forårsaket av den geometriske faseromvariasjonen til den heterogene anisotrope nanoporøsen som er sammensatt av dem. Denne vektoren deler spinndegraderingsbåndet i to spinnpolariserte grener i momentumrommet, kjent som den fotoniske Rushberg-effekten.
Et par høye Q symmetriske (kvasi) bundne tilstander i kontinuumet, nemlig ±K(Brillouin band Angle) fotonspindaler ved kanten av spinnsplittende grener, danner en koherent superposisjon av like amplituder.
Professor Koren bemerket: "Vi brukte WS2-monolidene som forsterkningsmateriale fordi dette direkte båndgap-overgangsmetalldisulfidet har en unik dal-pseudo-spinn og har blitt grundig studert som en alternativ informasjonsbærer i dalelektroner. Spesifikt kan deres ±K 'dal-eksitoner (som utstråler i form av plane spinn-polariserte dipolemittere) selektivt eksiteres av spinn-polarisert lys i henhold til regler for valg av dalsammenligning, og dermed aktivt kontrollere et magnetisk fritt spinnoptisk kilde.
I et enkeltlags integrert spinndal-mikrohulrom kobles ±K 'dal-eksitonene til ±K-spindaltilstanden ved polarisasjonstilpasning, og spinneksitonlaseren ved romtemperatur realiseres ved sterk lystilbakemelding. Samtidig erlasermekanismen driver de innledningsvis faseuavhengige ±K 'dal-eksitonene for å finne minimumstapstilstanden til systemet og reetablere innlåsingskorrelasjonen basert på den geometriske fasen motsatt ±K-spinndalen.
Dalkoherens drevet av denne lasermekanismen eliminerer behovet for lavtemperaturundertrykkelse av intermitterende spredning. I tillegg kan minimumstapstilstanden til Rashba monolaglaseren moduleres ved lineær (sirkulær) pumpepolarisering, som gir en måte å kontrollere laserintensitet og romlig koherens på.»
Professor Hasman forklarer: «Det avslørtefotoniskspin valley Rashba-effekt gir en generell mekanisme for å konstruere overflate-emitterende spinnoptiske kilder. Dalkoherensen demonstrert i et enkeltlags integrert spindalmikrohulrom bringer oss ett skritt nærmere å oppnå kvanteinformasjonssammenfiltring mellom ±K 'daleksitoner via qubits.
I lang tid har teamet vårt utviklet spinnoptikk, ved å bruke fotonspin som et effektivt verktøy for å kontrollere oppførselen til elektromagnetiske bølger. I 2018, fascinert av dalens pseudo-spinn i todimensjonale materialer, startet vi et langsiktig prosjekt for å undersøke aktiv kontroll av optiske spinnkilder i atomskala i fravær av magnetiske felt. Vi bruker den ikke-lokale Berry-fasedefektmodellen for å løse problemet med å oppnå koherent geometrisk fase fra en enkelt daleksiton.
På grunn av mangelen på en sterk synkroniseringsmekanisme mellom eksitoner, forblir den grunnleggende koherente superposisjonen av flere daleksitoner i Rashuba enkeltlags lyskilden som er oppnådd uløst. Dette problemet inspirerer oss til å tenke på Rashuba-modellen av høye Q-fotoner. Etter å ha innovert nye fysiske metoder, har vi implementert Rashuba enkeltlagslaseren beskrevet i denne artikkelen."
Denne prestasjonen baner vei for studiet av sammenhengende spinn-korrelasjonsfenomener i klassiske og kvantefelter, og åpner en ny vei for grunnleggende forskning og bruk av spintroniske og fotoniske optoelektroniske enheter.
Innleggstid: Mar-12-2024