Новий світ оптоелектронних приладів

Новий світоптоелектронні пристрої

Дослідники з Техніону в Ізраїлі розробили когерентно контрольоване обертання.оптичний лазерна основі одного атомного шару. Це відкриття стало можливим завдяки когерентній спін-залежній взаємодії між одним атомним шаром та горизонтально обмеженою фотонною спіновою ґраткою, яка підтримує високодобротну спінову долину через спінове розщеплення фотонів зв'язаних станів у континуумі за типом Рашаби.
Результат, опублікований у журналі Nature Materials та висвітлений у дослідницькому описі, прокладає шлях для вивчення когерентних спінових явищ у класичних таквантові системи, і відкриває нові шляхи для фундаментальних досліджень і застосувань спіну електронів і фотонів в оптоелектронних пристроях. Спінове оптичне джерело поєднує фотонний режим з електронним переходом, що забезпечує метод вивчення обміну спіновою інформацією між електронами та фотонами та розробки передових оптоелектронних пристроїв.

Оптичні мікропорожнини спінової долини побудовані шляхом з'єднання фотонних спінових ґраток з інверсійною асиметрією (жовта область ядра) та інверсійною симетрією (блакитна область оболонки).
Для створення таких джерел необхідною умовою є усунення спінового виродження між двома протилежними спіновими станами у фотонній або електронній частині. Зазвичай це досягається шляхом застосування магнітного поля під дією ефекту Фарадея або Зеемана, хоча ці методи зазвичай вимагають сильного магнітного поля та не можуть створити мікроджерело. Інший перспективний підхід базується на геометричній системі камер, яка використовує штучне магнітне поле для генерації спін-розщеплених станів фотонів у імпульсному просторі.
На жаль, попередні спостереження станів спінового розщеплення значною мірою спиралися на режими поширення з низьким масовим фактором, що накладає негативні обмеження на просторову та часову когерентність джерел. Цей підхід також ускладнюється спін-керованою природою блокових матеріалів з лазерним підсиленням, які не можуть або не можуть бути легко використані для активного керування.джерела світла, особливо за відсутності магнітних полів при кімнатній температурі.
Щоб досягти станів спінового розщеплення з високим Q, дослідники створили фотонні спінові ґратки з різною симетрією, включаючи ядро ​​з інверсійною асиметрією та інверсійно-симетричну оболонку, інтегровану з одним шаром WS2, для створення латерально обмежених спінових долин. Базова обернена асиметрична ґратка, яку використовують дослідники, має дві важливі властивості.
Керований спін-залежний вектор оберненої решітки, спричинений зміною геометричного фазового простору гетерогенної анізотропної нанопористої структури, що з них складається. Цей вектор розщеплює смугу деградації спіну на дві спін-поляризовані гілки в імпульсному просторі, відомої як фотонний ефект Рушберга.
Пара високосиметричних (квазі) зв'язаних станів у континуумі, а саме ±K (кут зони Бріллюена) фотонних спінових долин на краю гілок спінового розщеплення, утворюють когерентну суперпозицію рівних амплітуд.
Професор Корен зазначив: «Ми використали моноліди WS2 як матеріал підсилення, оскільки цей дисульфід перехідного металу з прямою забороненою зоною має унікальний псевдоспін долини та був широко вивчений як альтернативний носій інформації в електронах долини. Зокрема, їхні ±K'-екситони долини (які випромінюють у формі планарних спін-поляризованих дипольних емітерів) можуть вибірково збуджуватися спін-поляризованим світлом відповідно до правил відбору порівняння долин, таким чином активно контролюючи магнітно вільний спін».оптичне джерело.
В одношаровій інтегрованій мікрорезонаторній спіновій долині екситони долини ±K' пов'язані зі станом спінової долини ±K шляхом узгодження поляризації, а спіновий екситоний лазер за кімнатної температури реалізується за допомогою сильного світлового зворотного зв'язку. Водночас,лазерМеханізм керує початково фазово-незалежними екситонами долини ±K', щоб знайти стан мінімальних втрат системи та відновити кореляцію блокування на основі геометричної фази, протилежної долині спіну ±K.
Когерентність долини, що зумовлена ​​цим лазерним механізмом, усуває необхідність придушення переривчастого розсіювання при низьких температурах. Крім того, стан мінімальних втрат моношарового лазера Рашби може бути модульований лінійною (круговою) поляризацією накачування, що забезпечує спосіб керування інтенсивністю лазера та просторовою когерентністю.
Професор Хасман пояснює: «ВиявленефотоннийЕфект Рашби в спіновій долині забезпечує загальний механізм для побудови поверхнево-випромінюючих спінових оптичних джерел. Когерентність долини, продемонстрована в одношаровій інтегрованій мікрорезонаторі спінової долини, наближає нас на один крок до досягнення квантової інформаційної заплутаності між екситонами долини ±K' за допомогою кубітів.
Протягом тривалого часу наша команда розробляла спінову оптику, використовуючи спін фотонів як ефективний інструмент для контролю поведінки електромагнітних хвиль. У 2018 році, зацікавившись псевдоспіном долини у двовимірних матеріалах, ми розпочали довгостроковий проект з дослідження активного керування оптичними джерелами спіну атомного масштабу за відсутності магнітних полів. Ми використовуємо нелокальну модель фазового дефекту Беррі для вирішення проблеми отримання когерентної геометричної фази з одного екситона долини.
Однак, через відсутність сильного механізму синхронізації між екситонами, фундаментальна когерентна суперпозиція кількох долинних екситонів в одношаровому джерелі світла Рашуба, яка була досягнута, залишається невирішеною. Ця проблема надихає нас задуматися про модель Рашуби фотонів з високою добротністю. Після впровадження нових фізичних методів ми реалізували одношаровий лазер Рашуби, описаний у цій статті.
Це досягнення прокладає шлях для вивчення явищ когерентної спінової кореляції в класичних та квантових полях, а також відкриває новий шлях для фундаментальних досліджень та використання спінтронних та фотонних оптоелектронних пристроїв.