Nový svet optoelektronických zariadení

Nový svetoptoelektronické zariadenia

Výskumníci z Technion-Israel Institute of Technology vyvinuli koherentne kontrolované otáčanieoptický laserzaložené na jedinej atómovej vrstve. Tento objav bol umožnený koherentnou spinovo závislou interakciou medzi jednou atómovou vrstvou a horizontálne obmedzenou fotonickou spinovou mriežkou, ktorá podporuje high-Q spin valley prostredníctvom spinového štiepenia fotónov viazaných stavov v kontinuu typu Rashaba.
Výsledok, publikovaný v Nature Materials a zdôraznený v jeho výskumnej skratke, pripravuje pôdu pre štúdium koherentných fenoménov súvisiacich s rotáciou v klasických akvantové systémya otvára nové cesty pre základný výskum a aplikácie elektrónového a fotónového spinu v optoelektronických zariadeniach. Spinový optický zdroj kombinuje fotónový režim s elektrónovým prechodom, ktorý poskytuje metódu na štúdium výmeny spinových informácií medzi elektrónmi a fotónmi a vývoj pokročilých optoelektronických zariadení.

Optické mikrodutiny Spin Valley sú konštruované prepojením fotonických spinových mriežok s inverznou asymetriou (oblasť žltého jadra) a inverznou symetriou (azúrová oblasť plášťa).
Na vybudovanie týchto zdrojov je predpokladom eliminácia spinovej degenerácie medzi dvoma opačnými spinovými stavmi vo fotónovej alebo elektrónovej časti. To sa zvyčajne dosiahne aplikáciou magnetického poľa pod Faradayovým alebo Zeemanovým efektom, hoci tieto metódy zvyčajne vyžadujú silné magnetické pole a nemôžu produkovať mikrozdroj. Ďalší sľubný prístup je založený na geometrickom kamerovom systéme, ktorý využíva umelé magnetické pole na generovanie spin-split stavov fotónov v priestore hybnosti.
Bohužiaľ, predchádzajúce pozorovania stavov rozdelenia spinov sa vo veľkej miere spoliehali na režimy šírenia faktora nízkej hmotnosti, ktoré ukladajú nepriaznivé obmedzenia na priestorovú a časovú koherenciu zdrojov. Tomuto prístupu bráni aj spinovo riadená povaha blokových materiálov s laserovým ziskom, ktoré sa nedajú alebo nemôžu ľahko použiť na aktívne ovládanie.svetelné zdroje, najmä pri absencii magnetických polí pri izbovej teplote.
Aby sa dosiahli stavy rozdelenia rotácie s vysokým Q, výskumníci skonštruovali fotonické spinové mriežky s rôznymi symetriami, vrátane jadra s inverznou asymetriou a inverznej symetrickej obálky integrovanej s jednou vrstvou WS2, aby sa vytvorili bočne obmedzené údolia rotácie. Základná inverzná asymetrická mriežka, ktorú výskumníci používajú, má dve dôležité vlastnosti.
Riaditeľný spinovo závislý recipročný mriežkový vektor spôsobený variáciou geometrického fázového priestoru heterogénneho anizotropného nanoporézneho z nich zloženého. Tento vektor rozdeľuje spinový degradačný pás na dve spinovo polarizované vetvy v priestore hybnosti, známe ako fotonický Rushbergov efekt.
Pár vysoko Q symetrických (kvázi) viazaných stavov v kontinuu, menovite ±K (Brillouin band Angle) fotónové spinové údolia na okraji spinových deliacich vetiev, tvoria koherentnú superpozíciu rovnakých amplitúd.
Profesor Koren poznamenal: „Použili sme monolidy WS2 ako ziskový materiál, pretože tento priamy disulfid prechodného kovu s medzerou v pásme má jedinečný pseudo-spin v údolí a bol rozsiahle študovaný ako alternatívny nosič informácií v elektrónoch v údolí. Konkrétne ich excitóny ±K 'údolia (ktoré vyžarujú vo forme planárnych spinovo polarizovaných dipólových žiaričov) môžu byť selektívne excitované spinovo polarizovaným svetlom podľa pravidiel výberu porovnávania údolia, čím sa aktívne riadi magneticky voľný spin.optický zdroj.
V jednovrstvovej integrovanej mikrodutine spinového údolia sú excitóny ±K 'údolia spojené so stavom ±K spinového údolia polarizačným prispôsobením a spinový excitónový laser pri izbovej teplote je realizovaný silnou svetelnou spätnou väzbou. V rovnakom čase,lasermechanizmus poháňa pôvodne fázovo nezávislé excitóny ±K'údolia, aby našiel stav minimálnej straty systému a obnovil blokovaciu koreláciu založenú na geometrickej fáze oproti údoliu ±K spinu.
Koherencia údolí poháňaná týmto laserovým mechanizmom eliminuje potrebu potláčania prerušovaného rozptylu pri nízkej teplote. Navyše, stav minimálnej straty jednovrstvového lasera Rashba môže byť modulovaný lineárnou (kruhovou) polarizáciou pumpy, ktorá poskytuje spôsob kontroly intenzity lasera a priestorovej koherencie.“
Profesor Hasman vysvetľuje: „Odhalenéfotonickýspin Valley Rashba efekt poskytuje všeobecný mechanizmus pre konštrukciu povrchovo vyžarujúcich spinových optických zdrojov. Koherencia údolia demonštrovaná v jednovrstvovej integrovanej mikrodutine spinového údolia nás privádza o krok bližšie k dosiahnutiu prepletenia kvantových informácií medzi excitónmi ±K 'údolia prostredníctvom qubitov.
Náš tím sa dlhodobo venuje vývoju spinovej optiky, využívajúc fotónový spin ako efektívny nástroj na riadenie správania elektromagnetických vĺn. V roku 2018, fascinovaní údolným pseudo-spinom v dvojrozmerných materiáloch, sme začali dlhodobý projekt na skúmanie aktívneho riadenia spinových optických zdrojov v atómovom meradle v neprítomnosti magnetických polí. Na vyriešenie problému získania koherentnej geometrickej fázy z jediného údolného excitónu používame nemiestny model Berryho fázového defektu.
Avšak kvôli nedostatku silného synchronizačného mechanizmu medzi excitónmi zostáva zásadná koherentná superpozícia viacerých údolných excitónov v jednovrstvovom svetelnom zdroji Rashuba nevyriešená. Tento problém nás inšpiruje zamyslieť sa nad Rashubovým modelom fotónov s vysokým Q. Po inovácii nových fyzikálnych metód sme implementovali jednovrstvový laser Rashuba opísaný v tomto článku.
Tento úspech pripravuje pôdu pre štúdium koherentných fenoménov spinovej korelácie v klasických a kvantových poliach a otvára novú cestu pre základný výskum a využitie spintronických a fotonických optoelektronických zariadení.