Nový svět optoelektronických zařízení

Nový světoptoelektronická zařízení

Vědci z Technion-Israel Institute of Technology vyvinuli koherentně řízenou rotacioptický laserzaložené na jediné atomové vrstvě. Tento objev byl umožněn koherentní spinově závislou interakcí mezi jedinou atomovou vrstvou a horizontálně omezenou fotonickou spinovou mřížkou, která podporuje high-Q spin valley prostřednictvím spinového štěpení typu Rashaba fotonů vázaných stavů v kontinuu.
Výsledek, publikovaný v Nature Materials a zdůrazněný v jeho výzkumné zprávě, připravuje cestu pro studium koherentních jevů souvisejících se spinem v klasickém akvantové systémya otevírá nové cesty pro základní výzkum a aplikace elektronového a fotonového spinu v optoelektronických zařízeních. Spinový optický zdroj kombinuje fotonový režim s elektronovým přechodem, což poskytuje metodu pro studium výměny spinových informací mezi elektrony a fotony a vývoj pokročilých optoelektronických zařízení.

Optické mikrodutiny se spinovým údolím jsou konstruovány propojením fotonických spinových mřížek s inverzní asymetrií (oblast žlutého jádra) a inverzní symetrií (oblast azurového pláště).
Pro vybudování těchto zdrojů je předpokladem eliminace spinové degenerace mezi dvěma opačnými spinovými stavy ve fotonové nebo elektronové části. Toho je obvykle dosaženo aplikací magnetického pole pod Faradayovým nebo Zeemanovým efektem, ačkoli tyto metody obvykle vyžadují silné magnetické pole a nemohou produkovat mikrozdroj. Další slibný přístup je založen na geometrickém kamerovém systému, který využívá umělé magnetické pole ke generování spin-split stavů fotonů v prostoru hybnosti.
Bohužel, předchozí pozorování stavů spin split se do značné míry spoléhala na módy šíření nízkohmotnostního faktoru, které kladou nepříznivá omezení na prostorovou a časovou koherenci zdrojů. Tento přístup je také brzděn spinově řízenou povahou blokových materiálů laserového zisku, které nelze nebo nelze snadno použít k aktivní kontrolesvětelné zdroje, zejména při absenci magnetických polí při pokojové teplotě.
Pro dosažení high-Q spin-splitting stavů vědci zkonstruovali fotonické spinové mřížky s různými symetriemi, včetně jádra s inverzní asymetrií a inverzní symetrickou obálkou integrovanou s jedinou vrstvou WS2, aby vytvořily laterálně omezená spinová údolí. Základní inverzní asymetrická mřížka, kterou výzkumníci používají, má dvě důležité vlastnosti.
Říditelný spinově závislý reciproční mřížkový vektor způsobený změnou geometrického fázového prostoru heterogenní anizotropní nanoporézy z nich složené. Tento vektor rozděluje spinový degradační pás na dvě spinově polarizované větve v prostoru hybnosti, známé jako fotonický Rushbergův efekt.
Dvojice vysoce Q symetrických (kvazi) vázaných stavů v kontinuu, jmenovitě ±K(Brillouin band Angle) fotonová spinová údolí na okraji spin štěpících větví, tvoří koherentní superpozici stejných amplitud.
Profesor Koren poznamenal: „Použili jsme monolidy WS2 jako materiál pro zesílení, protože tento přímý disulfid přechodného kovu s mezerou v pásmu má jedinečný pseudo-spin v údolí a byl rozsáhle studován jako alternativní nosič informací v elektronech údolí. Konkrétně jejich ±K'valley excitony (které vyzařují ve formě planárních spinově polarizovaných dipólových zářičů) mohou být selektivně excitovány spinově polarizovaným světlem podle pravidel výběru pro porovnání údolí, a tak aktivně ovládat magneticky volný spin.optický zdroj.
V jednovrstvé integrované mikrodutince spin valley jsou excitony ±K'valley spojeny se stavem ±K spin valley polarizačním přizpůsobením a spin excitonový laser při pokojové teplotě je realizován silnou zpětnou vazbou světla. Ve stejné době,lasermechanismus pohání původně fázově nezávislé ±K'valley excitony, aby našel stav minimální ztráty systému a znovu nastavil blokovací korelaci založenou na geometrické fázi naproti údolí ±K spin.
Koherence údolí řízená tímto laserovým mechanismem eliminuje potřebu nízkoteplotního potlačení přerušovaného rozptylu. Kromě toho lze stav minimální ztráty jednovrstvého laseru Rashba modulovat lineární (kruhovou) polarizací pumpy, která poskytuje způsob, jak řídit intenzitu laseru a prostorovou koherenci.“
Profesor Hasman vysvětluje: „Odhalenéfotonickýspin Valley Rashbův efekt poskytuje obecný mechanismus pro konstrukci povrchově emitujících spinových optických zdrojů. Koherence údolí demonstrovaná v jednovrstvé integrované mikrokavitě spinového údolí nás přivádí o krok blíže k dosažení kvantového informačního zapletení mezi ±K'valley excitony prostřednictvím qubitů.
Náš tým se dlouhodobě zabývá vývojem spinové optiky, využívající fotonový spin jako efektivní nástroj pro řízení chování elektromagnetických vln. V roce 2018, fascinováni údolním pseudo-spinem ve dvourozměrných materiálech, jsme zahájili dlouhodobý projekt na zkoumání aktivního řízení spinových optických zdrojů v atomárním měřítku v nepřítomnosti magnetických polí. K vyřešení problému získání koherentní geometrické fáze z jediného údolního excitonu používáme nelokální model Berryho fázového defektu.
Avšak kvůli nedostatku silného synchronizačního mechanismu mezi excitony zůstává základní koherentní superpozice několika údolních excitonů v jednovrstvém světelném zdroji Rashuba nevyřešená. Tento problém nás inspiruje k zamyšlení nad Rashubovým modelem vysoce Q fotonů. Po inovaci nových fyzikálních metod jsme implementovali jednovrstvý laser Rashuba popsaný v tomto článku.
Tento úspěch otevírá cestu ke studiu koherentních jevů spinové korelace v klasických a kvantových polích a otevírá novou cestu pro základní výzkum a využití spintronických a fotonických optoelektronických zařízení.