Nový svět optoelektronických zařízení

Nový světoptoelektronická zařízení

Výzkumníci z Technion-Israel Institute of Technology vyvinuli koherentně řízenou rotaci.optický laserzaložené na jediné atomové vrstvě. Tento objev byl umožněn koherentní spinovo-závislou interakcí mezi jedinou atomovou vrstvou a horizontálně omezenou fotonickou spinovou mřížkou, která podporuje spinové údolí s vysokým Q prostřednictvím spinového štěpení fotonů vázaných stavů typu Rashaba.
Výsledek, publikovaný v časopise Nature Materials a zdůrazněný v jeho výzkumném záměru, otevírá cestu pro studium koherentních jevů souvisejících se spinem v klasických i...kvantové systémy, a otevírá nové cesty pro základní výzkum a aplikace elektronového a fotonového spinu v optoelektronických zařízeních. Spinový optický zdroj kombinuje fotonový mód s elektronovým přechodem, což poskytuje metodu pro studium výměny spinové informace mezi elektrony a fotony a vývoj pokročilých optoelektronických zařízení.

Optické mikrodutiny spinového údolí jsou konstruovány propojením fotonických spinových mřížek s inverzní asymetrií (žlutá oblast jádra) a inverzní symetrií (azurová oblast pláště).
Pro vytvoření těchto zdrojů je nezbytným předpokladem eliminace spinové degenerace mezi dvěma opačnými spinovými stavy ve fotonové nebo elektronové části. Toho se obvykle dosahuje aplikací magnetického pole za působení Faradayova nebo Zeemanova jevu, ačkoli tyto metody obvykle vyžadují silné magnetické pole a nemohou vytvořit mikrozdroj. Dalším slibným přístupem je systém geometrické kamery, který využívá umělé magnetické pole ke generování spinově rozdělených stavů fotonů v hybnostovém prostoru.
Předchozí pozorování stavů spinového rozdělení se bohužel silně spoléhala na módy šíření s nízkým hmotnostním faktorem, které kladou nepříznivá omezení na prostorovou a časovou koherenci zdrojů. Tento přístup je také brzděn spinem řízenou povahou blokových materiálů s laserovým zesílením, které nelze nebo nelze snadno použít k aktivnímu řízení.světelné zdroje, zejména za nepřítomnosti magnetických polí při pokojové teplotě.
Aby bylo dosaženo stavů spinového štěpení s vysokým Q, vědci zkonstruovali fotonické spinové mřížky s různými symetriemi, včetně jádra s inverzní asymetrií a inverzně symetrické obálky integrované s jedinou vrstvou WS2, aby vytvořili laterálně omezená spinová údolí. Základní inverzní asymetrická mřížka použitá vědci má dvě důležité vlastnosti.
Říditelný spinovo závislý reciproký mřížkový vektor způsobený geometrickou variací fázového prostoru heterogenních anizotropních nanoporézních struktur, které se z nich skládají. Tento vektor rozděluje pásmo degradace spinu na dvě spinovo polarizované větve v hybnostovém prostoru, známé jako fotonický Rushbergův jev.
Dvojice symetrických (kvazi) vázaných stavů s vysokým Q v kontinuu, konkrétně údolí spinu fotonů ±K (úhel Brillouinova pásu) na okraji větví štěpení spinu, tvoří koherentní superpozici stejných amplitud.
Profesor Koren poznamenal: „Jako zesilovací materiál jsme použili monolidy WS2, protože tento disulfid přechodného kovu s přímým pásmovým zakázaným pásmem má jedinečný údolní pseudo-spin a byl rozsáhle studován jako alternativní nosič informace v údolních elektronech. Konkrétně jejich ±K' údolní excitony (které vyzařují ve formě planárních spinově polarizovaných dipólových zářičů) mohou být selektivně excitovány spinově polarizovaným světlem podle pravidel výběru pro srovnání v údolí, čímž aktivně řídí magneticky volný spin.“optický zdroj.
V jednovrstvé integrované mikrodutině spinového údolí jsou excitony údolí ±K' vázány na stav spinového údolí ±K polarizačním přizpůsobením a spinový excitonový laser je při pokojové teplotě realizován silnou světelnou zpětnou vazbou. SoučasnělaserMechanismus pohání zpočátku fázově nezávislé excitony údolí ±K' k nalezení stavu minimálních ztrát systému a obnovení korelace lock-in na základě geometrické fáze naproti údolí spinu ±K.
Koherence údolí řízená tímto laserovým mechanismem eliminuje potřebu potlačení přerušovaného rozptylu při nízkých teplotách. Kromě toho lze stav minimálních ztrát Rashbaovy monovrstvy laseru modulovat lineární (kruhovou) polarizací pumpy, což poskytuje způsob, jak řídit intenzitu laseru a prostorovou koherenci.“
Profesor Hasman vysvětluje: „OdhalenéfotonickýRashbův jev v spinovém údolí poskytuje obecný mechanismus pro konstrukci povrchově emitujících spinově optických zdrojů. Koherence údolí demonstrovaná v jednovrstvé integrované mikrodutině spinového údolí nás přibližuje o krok k dosažení kvantového informačního provázání mezi ±K' excitony údolí prostřednictvím qubitů.
Náš tým se dlouhodobě zabývá vývojem spinové optiky a využívá fotonový spin jako efektivní nástroj pro řízení chování elektromagnetických vln. V roce 2018, zaujatí údolním pseudospinem v dvourozměrných materiálech, jsme zahájili dlouhodobý projekt zaměřený na výzkum aktivního řízení optických zdrojů spinů v atomárním měřítku v nepřítomnosti magnetických polí. K řešení problému získání koherentní geometrické fáze z jediného údolního excitonu používáme nelokální Berryho model fázového defektu.
Vzhledem k absenci silného synchronizačního mechanismu mezi excitony však zůstává základní koherentní superpozice více údolních excitonů v jednovrstvém světelném zdroji Rashuba nevyřešena. Tento problém nás inspiruje k zamyšlení nad Rashubovým modelem fotonů s vysokým Q. Po inovaci nových fyzikálních metod jsme implementovali jednovrstvý laser Rashuba popsaný v tomto článku.“
Tento úspěch otevírá cestu pro studium jevů koherentní spinové korelace v klasických a kvantových oblastech a otevírá novou cestu pro základní výzkum a využití spintronických a fotonických optoelektronických zařízení.