O nouă lume a dispozitivelor optoelectronice

O lume nouă adispozitive optoelectronice

Cercetătorii de la Institutul de Tehnologie Technion-Israel au dezvoltat o rotație controlată coerentlaser opticbazat pe un singur strat atomic. Această descoperire a fost posibilă datorită unei interacțiuni coerente dependente de spin între un singur strat atomic și o rețea fotonică de spin constrânsă orizontal, care susține o vale de spin cu Q ridicat prin divizarea spinului de tip Rashaba a fotonilor din stările legate în continuum.
Rezultatul, publicat în Nature Materials și evidențiat în rezumatul cercetării sale, deschide calea pentru studiul fenomenelor coerente legate de spin în matematica clasică și...sisteme cuanticeși deschide noi căi pentru cercetarea fundamentală și aplicațiile spinului electronilor și fotonilor în dispozitivele optoelectronice. Sursa optică de spin combină modul fotonic cu tranziția electronică, ceea ce oferă o metodă pentru studierea schimbului de informații de spin dintre electroni și fotoni și dezvoltarea de dispozitive optoelectronice avansate.

Microcavitățile optice de tip vale de spin sunt construite prin interfațarea rețelelor fotonice de spin cu asimetrie de inversie (regiunea miezului galben) și simetrie de inversie (regiunea de înveliș cyan).
Pentru a construi aceste surse, o condiție prealabilă este eliminarea degenerării spinului dintre două stări de spin opuse în partea fotonică sau electronică. Acest lucru se realizează de obicei prin aplicarea unui câmp magnetic sub efectul 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 camere geometrice care utilizează un câmp magnetic artificial pentru a genera stări de divizare a spinului fotonilor în spațiul impulsului.
Din păcate, observațiile anterioare ale stărilor de divizare a spinului s-au bazat în mare măsură pe moduri de propagare cu factor de masă redus, care impun constrângeri adverse asupra coerenței spațiale și temporale a surselor. Această abordare este, de asemenea, împiedicată de natura controlată prin spin a materialelor cu amplificare laser blocată, care nu pot fi sau nu pot fi utilizate cu ușurință pentru a controla activsurse de lumină, mai ales în absența câmpurilor magnetice la temperatura camerei.
Pentru a obține stări de divizare a spinilor cu Q ridicat, cercetătorii au construit rețele fotonice de spin cu diferite simetrii, inclusiv un miez cu asimetrie de inversie și o învelitoare simetrică de inversie integrată cu un singur strat WS2, pentru a produce văi de spin constrânse lateral. Rețeaua asimetrică inversă de bază utilizată de cercetători are două proprietăți importante.
Vectorul rețelei reciproce controlabile, dependente de spin, cauzat de variația geometrică a spațiului de fază al nanoporosului anizotrop eterogen compus din acestea. Acest vector împarte banda de degradare a spinului în două ramuri polarizate de spin în spațiul impulsului, cunoscut sub numele de efectul fotonic Rushberg.
O pereche de stări legate simetrice (cvasi) cu Q ridicat în continuum, și anume văi de spin fotonice ±K (unghiul benzii Brillouin) la marginea ramurilor de divizare a spinului, formează o suprapunere coerentă de amplitudini egale.
Profesorul Koren a remarcat: „Am folosit monolidele WS2 ca material de amplificare deoarece această disulfură de metal de tranziție cu bandă interzisă directă are un pseudo-spin de vale unic și a fost studiată pe larg ca purtător alternativ de informații în electronii de vale. Mai exact, excitonii lor de vale ±K' (care radiază sub formă de emițători dipolari planari polarizați de spin) pot fi excitați selectiv de lumina polarizată de spin conform regulilor de selecție prin comparație de vale, controlând astfel activ un spin liber magnetic.”sursă optică.
Într-o microcavitate integrată cu un singur strat în vale de spin, excitonii ±K' vale 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 al luminii. În același timp,laserMecanismul acționează excitonii ±K' vale, inițial independenți de fază, pentru a găsi starea de pierdere minimă a sistemului și pentru a restabili corelația de blocare pe baza fazei geometrice opuse văii de spin ±K.
Coerența în vale, acționată de acest mecanism laser, elimină necesitatea suprimării la temperatură joasă a împrăștierii intermitente. În plus, starea de pierdere minimă a laserului monostrat Rashba poate fi modulată prin polarizarea liniară (circulară) a pompei, ceea ce oferă o modalitate de a controla intensitatea laserului și coerența spațială.
Profesorul Hasman explică: „Ceea ce a fost dezvăluitfotonicEfectul Rashba de tip vale de spin oferă un mecanism general pentru construirea surselor optice de spin cu emisie la suprafață. Coerența văii demonstrată într-o microcavitate integrată într-o vale de spin cu un singur strat ne aduce cu un pas mai aproape de realizarea entanglementului informației cuantice între excitonii ±K' vale prin intermediul qubiților.
De mult timp, echipa noastră dezvoltă optică de spin, utilizând spinul fotonic ca instrument eficient pentru controlul comportamentului undelor electromagnetice. În 2018, intrigați de pseudo-spinul de 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 defectului de fază Berry nelocal 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 fundamentală coerentă a mai multor excitoni de vale în sursa de lumină monostrat Rashuba, care a fost realizată, rămâne nerezolvată. Această problemă ne inspiră să ne gândim la modelul Rashuba al fotonilor cu Q ridicat. După inovarea unor noi metode fizice, am implementat laserul monostrat Rashuba descris în această lucrare.
Această realizare deschide calea pentru studiul fenomenelor de corelație coerentă a spinilor în domeniile clasice și cuantice și deschide o nouă cale pentru cercetarea fundamentală și utilizarea dispozitivelor optoelectronice spintronice și fotonice.