O nouă lume a dispozitivelor optoelectronice

O nouă lume adispozitive optoelectronice

Cercetătorii de la Institutul de Tehnologie Technion-Israel au dezvoltat o rotire controlată în mod coerentlaser opticbazat pe un singur strat atomic. Această descoperire a fost făcută posibilă printr-o interacțiune coerentă dependentă de spin între un singur strat atomic și o rețea de spin fotonic constrânsă orizontal, care susține o vale de spin cu Q mare prin divizarea spin de tip Rashaba a fotonilor stărilor legate în continuum.
Rezultatul, publicat în Nature Materials și evidențiat în rezumatul său de cercetare, deschide calea pentru studiul fenomenelor coerente legate de spin în clasic șisisteme cuanticeși deschide noi căi pentru cercetarea fundamentală și aplicațiile spinului electronilor și fotonilor în dispozitivele optoelectronice. Sursa optică de spin combină modul foton cu tranziția electronilor, care oferă o metodă pentru studierea schimbului de informații de spin între electroni și fotoni și dezvoltarea dispozitivelor optoelectronice avansate.

Microcavitățile optice ale valei de spin sunt construite prin interfațarea rețelelor de spin fotonic cu asimetrie de inversare (regiune de miez galben) și simetrie de inversare (regiune de placare cyan).
Pentru a construi aceste surse, o condiție prealabilă este eliminarea degenerării spinului dintre două stări opuse de spin în partea fotonului sau a electronului. Acest lucru se realizează de obicei prin aplicarea unui câmp magnetic sub efect Faraday sau Zeeman, deși aceste metode necesită de obicei un câmp magnetic puternic și nu pot produce o microsursă. O altă abordare promițătoare se bazează pe un sistem de cameră geometrică care folosește un câmp magnetic artificial pentru a genera stări de rotație a fotonilor în spațiul de impuls.
Din păcate, observațiile anterioare ale stărilor de scindare a spinului s-au bazat în mare măsură pe modurile de propagare a factorului de masă scăzută, care impun constrângeri adverse asupra coerenței spațiale și temporale a surselor. Această abordare este, de asemenea, împiedicată de natura controlată de rotație a materialelor blocate cu câștig laser, care nu pot sau nu pot fi utilizate cu ușurință pentru a controla activ.surse de lumină, mai ales în absența câmpurilor magnetice la temperatura camerei.
Pentru a obține stări de divizare a spinului cu Q mare, cercetătorii au construit rețele fotonice de spin cu diferite simetrii, inclusiv un miez cu asimetrie inversă și o anvelopă simetrică inversă integrată cu un singur strat WS2, pentru a produce văi de spin constrânse lateral. Rețeaua de bază asimetrică inversă utilizată de cercetători are două proprietăți importante.
Vectorul rețelei reciproce, dependent de spin, controlabil, cauzat de variația geometrică a spațiului de fază a nanoporoaselor anizotrope eterogene compuse din acestea. Acest vector împarte banda de degradare a spinului în două ramuri polarizate de spin în spațiul de impuls, cunoscut sub numele de efectul fotonic Rushberg.
O pereche de stări legate (cvasi) Q înalt în continuum, și anume văile de spin foton ±K(Brillouin band Angle) la marginea ramurilor de scindare a spinului, formează o suprapunere coerentă de amplitudini egale.
Profesorul Koren a remarcat: „Am folosit monolidele WS2 ca material de câștig, deoarece această disulfură directă de metal de tranziție cu bandă interzisă are un pseudo-spin de vale unic și a fost studiată pe larg ca purtător alternativ de informații în electronii de vale. În mod specific, excitonii lor de vale ±K' (care radiază sub formă de emițători dipol polarizați cu spin) pot fi excitați selectiv de lumina polarizată cu spin conform regulilor de selecție de comparare a văii, controlând astfel în mod activ o rotație liberă magnetică.sursa optică.
Într-o microcavitate de vale de spin integrată cu un singur strat, excitonii de vale ±K sunt cuplați la starea de vale de spin ±K prin potrivirea polarizării, iar laserul exciton de spin la temperatura camerei este realizat prin feedback puternic de lumină. În același timp, cellasermecanismul conduce excitonii inițial de vale ±K 'independenți de fază să găsească starea de pierdere minimă a sistemului și să restabilească corelația de blocare bazată pe faza geometrică opusă valei de spin ±K.
Coerența văii condusă de acest mecanism laser elimină necesitatea suprimării la temperaturi scăzute a împrăștierii intermitente. În plus, starea de pierdere minimă a laserului monostrat Rashba poate fi modulată prin polarizarea pompei liniară (circulară), care oferă o modalitate de a controla intensitatea laserului și coerența spațială.”
Profesorul Hasman explică: „Dezvăluitfotonicvalea de spin Efectul Rashba oferă un mecanism general de construire a surselor optice de spin care emit suprafață. Coerența văii demonstrată într-o microcavitate de vale de spin integrată cu un singur strat ne aduce cu un pas mai aproape de obținerea încurcării informațiilor cuantice între excitonii de vale ±K prin intermediul qubiților.
De mult timp, echipa noastră a dezvoltat optica de spin, folosind spinul fotonului ca instrument eficient pentru controlul comportamentului undelor electromagnetice. În 2018, intrigați de pseudo-spinul din vale în materiale bidimensionale, am început un proiect pe termen lung pentru a investiga controlul activ al surselor optice de spin la scară atomică în absența câmpurilor magnetice. Folosim modelul non-local de defect de fază Berry pentru a rezolva problema obținerii unei faze geometrice coerente dintr-un singur exciton de vale.
Cu toate acestea, din cauza lipsei unui mecanism puternic de sincronizare între excitoni, suprapunerea coerentă fundamentală a multiplelor excitoni de vale în sursa de lumină cu un singur strat Rashuba care a fost realizată rămâne nerezolvată. Această problemă ne inspiră să ne gândim la modelul Rashuba al fotonilor Q înalt. După ce am inovat noi metode fizice, am implementat laserul cu un singur strat Rashuba descris în această lucrare.”
Această realizare deschide calea pentru studiul fenomenelor de corelare coerente a spinului în câmpurile clasice și cuantice și deschide o nouă cale pentru cercetarea de bază și utilizarea dispozitivelor optoelectronice spintronice și fotonice.