Një botë e re e pajisjeve optoelektronike

Një botë e re epajisje optoelektronike

Studiuesit në Institutin e Teknologjisë Technion-Izrael kanë zhvilluar një rrotullim të kontrolluar në mënyrë koherentelazer optikbazuar në një shtresë të vetme atomike. Ky zbulim u bë i mundur nga një ndërveprim koherent i varur nga spin-i midis një shtrese të vetme atomike dhe një rrjetë rrotullimi fotonik të kufizuar horizontalisht, e cila mbështet një luginë spin të lartë Q përmes ndarjes spin të tipit Rashaba të fotoneve të gjendjeve të lidhura në vazhdimësi.
Rezultati, i botuar në Nature Materials dhe i theksuar në përmbledhjen e tij kërkimore, hap rrugën për studimin e fenomeneve koherente të lidhura me spin në klasike dhesistemet kuantike, dhe hap rrugë të reja për kërkime themelore dhe aplikime të spinit të elektroneve dhe fotoneve në pajisjet optoelektronike. Burimi optik spin kombinon modalitetin e fotonit me tranzicionin elektronik, i cili ofron një metodë për studimin e shkëmbimit të informacionit të rrotullimit midis elektroneve dhe fotoneve dhe zhvillimin e pajisjeve optoelektronike të avancuara.

Mikrokavitetet optike të luginës së rrotullimit ndërtohen duke ndërthurur grilat e rrotullimit fotonik me asimetri inversioni (rajon i bërthamës së verdhë) dhe simetri inversioni (rajoni i veshjes cian).
Për të ndërtuar këto burime, një parakusht është eliminimi i degjenerimit të spinit midis dy gjendjeve të kundërta të rrotullimit në pjesën e fotonit ose elektronit. Kjo zakonisht arrihet duke aplikuar një fushë magnetike nën një efekt Faraday ose Zeeman, megjithëse këto metoda zakonisht kërkojnë një fushë magnetike të fortë dhe nuk mund të prodhojnë një mikroburim. Një qasje tjetër premtuese bazohet në një sistem kamerash gjeometrike që përdor një fushë magnetike artificiale për të gjeneruar gjendje të ndarjes së fotoneve në hapësirën e momentit.
Fatkeqësisht, vëzhgimet e mëparshme të gjendjeve të ndarjes spin janë mbështetur shumë në mënyrat e përhapjes së faktorit me masë të ulët, të cilat imponojnë kufizime negative në koherencën hapësinore dhe kohore të burimeve. Kjo qasje pengohet gjithashtu nga natyra e kontrolluar nga centrifugimi i materialeve bllokuese me fitim lazer, të cilat nuk mund ose nuk mund të përdoren lehtësisht për të kontrolluar në mënyrë aktiveburimet e dritës, veçanërisht në mungesë të fushave magnetike në temperaturën e dhomës.
Për të arritur gjendjet e ndarjes së rrotullimit me Q të lartë, studiuesit ndërtuan rrjeta rrotullimi fotonike me simetri të ndryshme, duke përfshirë një bërthamë me asimetri përmbysjeje dhe një mbështjellje simetrike përmbysëse të integruar me një shtresë të vetme WS2, për të prodhuar lugina rrotulluese të kufizuara anash. Rrjeta bazë asimetrike e anasjelltë e përdorur nga studiuesit ka dy veti të rëndësishme.
Vektori i rrjetës reciproke i varur nga spin i kontrollueshëm i shkaktuar nga ndryshimi i hapësirës së fazës gjeometrike të nanoporozit heterogjen anizotropik të përbërë prej tyre. Ky vektor ndan brezin e degradimit të rrotullimit në dy degë të polarizuara nga spin në hapësirën e momentit, i njohur si efekti fotonik Rushberg.
Një çift i gjendjeve të lidhura simetrike (kuazi) të lartë Q në vazhdimësi, përkatësisht luginat e rrotullimit të fotonit ±K (Këndi i brezit të Brillouin) në skajet e degëve të ndarjes së rrotullimit, formojnë një mbivendosje koherente të amplitudave të barabarta.
Profesor Koren vuri në dukje: "Ne përdorëm monolidet WS2 si material fitues, sepse ky disulfid i metalit të tranzicionit me brez të drejtpërdrejtë ka një pseudo-tjerr unik të luginës dhe është studiuar gjerësisht si një bartës alternativ informacioni në elektronet e luginës. Në mënyrë të veçantë, eksitonet e tyre të luginës ±K' (të cilat rrezatojnë në formën e emetuesve planar të dipoleve të polarizuara me spin) mund të ngacmohen në mënyrë selektive nga drita e polarizuar me spin sipas rregullave të përzgjedhjes së krahasimit të luginës, duke kontrolluar kështu në mënyrë aktive një rrotullim të lirë magnetik.burim optik.
Në një mikrokavitet të integruar të luginës së rrotullimit me një shtresë, eksitonet e luginës ±K janë të lidhura me gjendjen e luginës së rrotullimit ±K nga përputhja e polarizimit dhe lazeri i eksitonit spin në temperaturën e dhomës realizohet nga reagimet e forta të dritës. Në të njëjtën kohë,lazermekanizmi drejton eksitonet e luginës ±K' fillimisht të pavarura nga faza për të gjetur gjendjen minimale të humbjes së sistemit dhe për të rivendosur korrelacionin e kyçjes bazuar në fazën gjeometrike përballë luginës së rrotullimit ±K.
Koherenca e luginës e drejtuar nga ky mekanizëm lazer eliminon nevojën për shtypjen e temperaturës së ulët të shpërndarjes me ndërprerje. Përveç kësaj, gjendja minimale e humbjes së lazerit me një shtresë Rashba mund të modulohet nga polarizimi linear (rrethor) i pompës, i cili siguron një mënyrë për të kontrolluar intensitetin e lazerit dhe koherencën hapësinore.
Profesor Hasman shpjegon: “Të shpalluritfotonikEfekti i luginës së rrotullimit Rashba ofron një mekanizëm të përgjithshëm për ndërtimin e burimeve optike spin-emetuese sipërfaqësore. Koherenca e luginës e demonstruar në një mikrokavitet të integruar të luginës spin me një shtresë, na sjell një hap më afër arritjes së ndërthurjes së informacionit kuantik midis eksitoneve të luginës ±K' nëpërmjet kubitëve.
Për një kohë të gjatë, ekipi ynë ka zhvilluar optikë spin, duke përdorur rrotullimin e fotonit si një mjet efektiv për kontrollin e sjelljes së valëve elektromagnetike. Në vitin 2018, të intriguar nga pseudo-tjerrja e luginës në materialet dydimensionale, filluam një projekt afatgjatë për të hetuar kontrollin aktiv të burimeve optike spin në shkallë atomike në mungesë të fushave magnetike. Ne përdorim modelin jo-lokal të defektit të fazës Berry për të zgjidhur problemin e marrjes së fazës gjeometrike koherente nga një eksiton i vetëm luginor.
Megjithatë, për shkak të mungesës së një mekanizmi të fortë sinkronizimi midis eksitoneve, mbivendosja themelore koherente e eksitoneve të shumëfishta të luginës në burimin e dritës me një shtresë Rashuba që është arritur mbetet i pazgjidhur. Ky problem na frymëzon të mendojmë për modelin Rashuba të fotoneve Q të lartë. Pas inovacionit të metodave të reja fizike, ne kemi zbatuar lazerin me një shtresë Rashuba të përshkruar në këtë punim.”
Kjo arritje hap rrugën për studimin e fenomeneve koherente të korrelacionit të spinit në fushat klasike dhe kuantike dhe hap një rrugë të re për kërkimin bazë dhe përdorimin e pajisjeve optoelektronike spintronike dhe fotonike.