Новий світ оптоелектронних пристроїв

Новий світоптико-електронні прилади

Дослідники з Техніон-Ізраїльського технологічного інституту розробили когерентно кероване обертанняоптичний лазерна основі одного атомного шару. Це відкриття стало можливим завдяки когерентній спін-залежній взаємодії між одним атомним шаром і горизонтально обмеженою фотонною спіновою решіткою, яка підтримує спінову долину з високим Q через спінове розщеплення типу Рашаба фотонів зв’язаних станів у континуумі.
Результат, опублікований у Nature Materials і висвітлений у його короткому дослідженні, прокладає шлях до вивчення когерентних явищ, пов’язаних зі спіном, у класичних іквантові системиі відкриває нові шляхи для фундаментальних досліджень і застосування обертання електронів і фотонів в оптоелектронних пристроях. Спінове оптичне джерело поєднує фотонну моду з електронним переходом, що забезпечує метод дослідження обміну інформацією про спін між електронами та фотонами та розробки передових оптоелектронних пристроїв.

Оптичні мікропорожнини спінової долини створені шляхом з’єднання фотонних спінових граток з інверсійною асиметрією (жовта область ядра) та інверсійною симетрією (блакитна область оболонки).
Щоб побудувати ці джерела, необхідною умовою є усунення спінового виродження між двома протилежними спіновими станами в фотонній або електронній частині. Зазвичай це досягається шляхом застосування магнітного поля під ефектом Фарадея або Зеемана, хоча ці методи зазвичай вимагають сильного магнітного поля і не можуть створити мікроджерело. Інший багатообіцяючий підхід заснований на системі геометричної камери, яка використовує штучне магнітне поле для генерації спін-розщеплених станів фотонів у імпульсному просторі.
На жаль, попередні спостереження спінових розщеплених станів значною мірою покладалися на режими розповсюдження фактора малої маси, які накладають несприятливі обмеження на просторову та часову когерентність джерел. Цьому підходу також перешкоджає контрольована спіном природа блокових матеріалів із лазерним посиленням, які неможливо або нелегко використовувати для активного контролюджерела світла, особливо за відсутності магнітних полів при кімнатній температурі.
Щоб досягти станів спінового розщеплення з високим Q, дослідники сконструювали фотонні спінові решітки з різною симетрією, включаючи серцевину з інверсійною асиметрією та інверсійну симетричну оболонку, інтегровану з одним шаром WS2, щоб створити латерально обмежені спінові долини. Основна інверсна асиметрична решітка, яку використовують дослідники, має дві важливі властивості.
Керований спін-залежний вектор зворотної решітки, викликаний зміною геометричного фазового простору гетерогенної анізотропної нанопори, що складається з них. Цей вектор розділяє смугу спінової деградації на дві спін-поляризовані гілки в імпульсному просторі, відомі як фотонний ефект Рашберга.
Пара симетричних (квазі) зв’язаних станів з високим Q у континуумі, а саме ±K (кут зони Бріллюена) фотонні спінові долини на краю гілок спінового розщеплення, утворюють когерентну суперпозицію рівних амплітуд.
Професор Корен зазначив: «Ми використовували моноліди WS2 як підсилювальний матеріал, оскільки цей дисульфід перехідного металу з прямою забороненою зоною має унікальний долинний псевдоспін і був широко вивчений як альтернативний носій інформації в долинних електронах. Зокрема, їх ±K 'долинні екситони (які випромінюють у формі плоских спін-поляризованих дипольних випромінювачів) можуть вибірково збуджуватися спін-поляризованим світлом відповідно до правил відбору порівняння долин, таким чином активно контролюючи магнітно вільний спіноптичне джерело.
В одношаровій інтегрованій мікропорожнині зі спіновою долиною екситони ±K 'долини пов'язані зі станом спінової долини ±K за допомогою поляризаційного узгодження, а спіновий екситонний лазер при кімнатній температурі реалізується за допомогою сильного світлового зворотного зв'язку. У той же час,лазермеханізм керує початково незалежними від фази екситонами ±K 'долини, щоб знайти стан мінімальних втрат системи та відновити кореляцію блокування на основі геометричної фази, протилежної долині ±K спіну.
Долинна когерентність, керована цим лазерним механізмом, усуває потребу в низькотемпературному придушенні періодичного розсіювання. Крім того, стан мінімальних втрат моношарового лазера Rashba можна модулювати за допомогою лінійної (кругової) поляризації накачки, що забезпечує спосіб керування інтенсивністю лазера та просторовою когерентністю».
Професор Хасман пояснює: «ВиявленефотоннийЕфект спінової долини Рашба забезпечує загальний механізм для побудови спінових оптичних джерел, що випромінюють поверхню. Долинна когерентність, продемонстрована в одношаровій інтегрованій мікропорожнині спінової долини, наближає нас на один крок до досягнення квантової інформаційної заплутаності між долинними екситонами ±K за допомогою кубітів.
Довгий час наша команда розробляла спінову оптику, використовуючи спін фотонів як ефективний інструмент для керування поведінкою електромагнітних хвиль. У 2018 році, заінтриговані долинним псевдоспіном у двовимірних матеріалах, ми розпочали довгостроковий проект з дослідження активного керування оптичними джерелами зі спіном атомного масштабу за відсутності магнітних полів. Ми використовуємо модель нелокального фазового дефекту Беррі для вирішення проблеми отримання когерентної геометричної фази з одного долинного екситона.
Однак через відсутність сильного механізму синхронізації між екситонами фундаментальна когерентна суперпозиція множинних долинних екситонів в одношаровому джерелі світла Рашуба залишається невирішеною. Ця проблема спонукає нас думати про модель Рашуби високоякісних фотонів. Після впровадження нових фізичних методів ми впровадили одношаровий лазер Rashuba, описаний у цій статті».
Це досягнення прокладає шлях до вивчення явищ когерентної спінової кореляції в класичних і квантових полях і відкриває новий шлях для фундаментальних досліджень і використання спінтронних і фотонних оптоелектронних пристроїв.