Nový svetoptoelektronické zariadenia
Výskumníci z Technion-Izraelského technologického inštitútu vyvinuli koherentne riadenú rotáciuoptický laserna základe jednej atómovej vrstvy. Tento objav bol umožnený koherentnou spinovo-závislou interakciou medzi jednou atómovou vrstvou a horizontálne obmedzenou fotonickou spinovou mriežkou, ktorá podporuje spinové údolie s vysokým Q prostredníctvom spinového štiepenia fotónov viazaných stavov v kontinuu typu Rashaba.
Výsledok, publikovaný v časopise Nature Materials a zdôraznený v jeho výskumnom popise, otvára cestu pre štúdium koherentných spinových javov v klasických a...kvantové systémy, a otvára nové možnosti pre základný výskum a aplikácie elektrónového a fotónového spinu v optoelektronických zariadeniach. Spinový optický zdroj kombinuje fotónový mód s elektrónovým prechodom, čo poskytuje metódu na štúdium výmeny spinových informácií medzi elektrónmi a fotónmi a vývoj pokročilých optoelektronických zariadení.
Optické mikrodutiny spinového údolia sú konštruované prepojením fotonických spinových mriežok s inverznou asymetriou (oblasť žltého jadra) a inverznou symetriou (oblasť azúrového plášťa).
Predpokladom na vytvorenie týchto zdrojov je eliminácia spinovej degenerácie medzi dvoma opačnými spinovými stavmi vo fotónovej alebo elektrónovej časti. To sa zvyčajne dosahuje aplikáciou magnetického poľa za Faradayovho alebo Zeemanovho javu, hoci tieto metódy zvyčajne vyžadujú silné magnetické pole a nedokážu vytvoriť mikrozdroj. Ďalší sľubný prístup je založený na geometrickom kamerovom systéme, ktorý využíva umelé magnetické pole na generovanie spinovo-rozdelených stavov fotónov v hybnostnom priestore.
Predchádzajúce pozorovania stavov spinového rozdelenia sa bohužiaľ vo veľkej miere spoliehali na módy šírenia s nízkym hmotnostným faktorom, ktoré kladú nepriaznivé obmedzenia na priestorovú a časovú koherenciu zdrojov. Tento prístup je tiež brzdený spinovo riadenou povahou blokových materiálov s laserovým ziskom, ktoré nemožno alebo nemožno ľahko použiť na aktívne riadenie.svetelné zdroje, najmä v neprítomnosti magnetických polí pri izbovej teplote.
Aby sa dosiahli stavy spinového štiepenia s vysokým Q, výskumníci skonštruovali fotonické spinové mriežky s rôznymi symetriami, vrátane jadra s inverznou asymetriou a inverzne symetrickej obálky integrovanej s jednou vrstvou WS2, aby sa vytvorili laterálne obmedzené spinové údolia. Základná inverzná asymetrická mriežka, ktorú výskumníci použili, má dve dôležité vlastnosti.
Riaditeľná spinovo závislá recipročná mriežková vektorová štruktúra spôsobená variáciou geometrického fázového priestoru heterogénnych anizotropných nanoporéznych materiálov, ktoré sú z nich zložené. Tento vektor rozdeľuje pásmo degradácie spinu na dve spinovo polarizované vetvy v hybnom priestore, známe ako fotonický Rushbergov efekt.
Dvojica symetrických (kvázi) viazaných stavov s vysokým Q v kontinuu, konkrétne údolia spinu fotónov ±K (uhol Brillouinovho pásma) na okraji vetiev štiepenia spinu, tvoria koherentnú superpozíciu s rovnakými amplitúdami.
Profesor Koren poznamenal: „Ako zosilňovací materiál sme použili monolidy WS2, pretože tento disulfid prechodného kovu s priamym pásmovým zakázaným pásmom má jedinečný pseudo-spin v údolí a bol rozsiahlo študovaný ako alternatívny nosič informácie v údolných elektrónoch. Konkrétne, ich ±K' excitóny v údolí (ktoré vyžarujú vo forme planárnych spinovo polarizovaných dipólových emitorov) môžu byť selektívne excitované spinovo polarizovaným svetlom podľa pravidiel výberu porovnávania v údolí, čím sa aktívne riadi magneticky voľný spin.“optický zdroj.
V jednovrstvovej integrovanej mikrodutine spinového údolia sú excitóny údolia ±K' spojené so stavom spinového údolia ±K polarizačným prispôsobením a spinový excitónový laser pri izbovej teplote je realizovaný silnou svetelnou spätnou väzbou. ZároveňlaserMechanizmus poháňa pôvodne fázovo nezávislé excitóny údolia ±K ', aby našiel stav minimálnych strát systému a obnovil koreláciu blokovania na základe geometrickej fázy oproti údoliu spinu ±K.
Koherencia údolia riadená týmto laserovým mechanizmom eliminuje potrebu potlačenia prerušovaného rozptylu pri nízkych teplotách. Okrem toho je možné stav minimálnych strát monovrstvového laseru Rashba modulovať lineárnou (kruhovou) polarizáciou pumpy, čo poskytuje spôsob riadenia intenzity laseru a priestorovej koherencie.“
Profesor Hasman vysvetľuje: „OdhalenéfotonickýRashbov efekt v spinovom údolí poskytuje všeobecný mechanizmus na konštrukciu povrchovo emitujúcich spinových optických zdrojov. Koherencia údolia demonštrovaná v jednovrstvovej integrovanej mikrodutine spinového údolia nás posúva o krok bližšie k dosiahnutiu kvantového informačného previazania medzi excitónmi údolia ±K' prostredníctvom qubitov.
Náš tím sa dlhodobo venuje vývoju spinovej optiky, pričom využíva spin fotónov ako účinný nástroj na riadenie správania elektromagnetických vĺn. V roku 2018, zaujatí údolným pseudospinom v dvojrozmerných materiáloch, sme začali dlhodobý projekt zameraný na skúmanie aktívneho riadenia optických zdrojov spinov na atómovej úrovni v neprítomnosti magnetických polí. Na riešenie problému získania koherentnej geometrickej fázy z jediného údolného excitónu používame nelokálny model Berryho fázového defektu.
Avšak kvôli nedostatku silného synchronizačného mechanizmu medzi excitónmi zostáva základná koherentná superpozícia viacerých údolných excitónov v jednovrstvovom svetelnom zdroji Rashuba, ktorá bola dosiahnutá, nevyriešená. Tento problém nás inšpiruje k zamysleniu sa nad Rashubovým modelom fotónov s vysokým Q. Po inovácii nových fyzikálnych metód sme implementovali jednovrstvový laser Rashuba opísaný v tomto článku.“
Tento úspech otvára cestu pre štúdium javov koherentnej spinovej korelácie v klasických a kvantových poliach a otvára novú cestu pre základný výskum a využitie spintronických a fotonických optoelektronických zariadení.
Čas uverejnenia: 12. marca 2024