Një botë e re e pajisjeve optoelektronike

Një botë e re epajisje optoelektronike

Studiuesit në Institutin e Teknologjisë Technion-Israel kanë zhvilluar një rrotullim të kontrolluar në mënyrë koherente.lazer optikbazuar në një shtresë të vetme atomike. Ky zbulim u bë i mundur nga një bashkëveprim koherent i varur nga spini midis një shtrese të vetme atomike dhe një rrjete fotonike spini horizontalisht të kufizuar, e cila mbështet një luginë spini me Q të lartë përmes ndarjes së spinit 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 spinin në teoritë klasike dhe...sistemet kuantike, dhe hap rrugë të reja për kërkime themelore dhe zbatime të spinit të elektroneve dhe fotoneve në pajisjet optoelektronike. Burimi optik i spinit kombinon modën e fotoneve me tranzicionin e elektroneve, i cili ofron një metodë për të studiuar shkëmbimin e informacionit të spinit midis elektroneve dhe fotoneve dhe për të zhvilluar pajisje të përparuara optoelektronike.

Mikrozgavrat optike të luginës së spinit ndërtohen duke ndërthurur rrjetat fotonike të spinit me asimetrinë e inversionit (rajoni i bërthamës së verdhë) dhe simetrinë e inversionit (rajoni i veshjes cianike).
Për të ndërtuar këto burime, një parakusht është eliminimi i degjenerimit të spinit midis dy gjendjeve të kundërta të spinit 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 të fortë magnetike 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 spinit të fotoneve në hapësirën e momentit.
Fatkeqësisht, vëzhgimet e mëparshme të gjendjeve të ndarjes së spinit janë mbështetur shumë në mënyrat e përhapjes me faktor të ulët mase, të cilat imponojnë kufizime negative në koherencën hapësinore dhe kohore të burimeve. Kjo qasje pengohet gjithashtu nga natyra e kontrolluar nga spini e materialeve bllokuese me fitim lazeri, të cilat nuk mund ose nuk mund të përdoren lehtësisht për të kontrolluar në mënyrë aktive.burimet e dritës, veçanërisht në mungesë të fushave magnetike në temperaturën e dhomës.
Për të arritur gjendje të ndarjes së spinit me Q të lartë, studiuesit ndërtuan rrjeta fotonike të spinit me simetri të ndryshme, duke përfshirë një bërthamë me asimetri inversioni dhe një mbështjellës simetrik inversioni të integruar me një shtresë të vetme WS2, për të prodhuar lugina spini të kufizuara anash. Rrjeta bazë inverse asimetrike e përdorur nga studiuesit ka dy veti të rëndësishme.
Vektori reciprok i kontrollueshëm i rrjetës së varur nga spini i shkaktuar nga ndryshimi gjeometrik i hapësirës fazore të nanoporeve heterogjene anizotropike të përbëra prej tyre. Ky vektor e ndan brezin e degradimit të spinit në dy degë të polarizuara nga spini në hapësirën e momentit, i njohur si efekti fotonik Rushberg.
Një palë gjendjesh të lidhura me Q simetrike të lartë (kuazi) në vazhdimësi, përkatësisht luginat e spinit të fotoneve ±K (Këndi i brezit Brillouin) në skajin e degëve ndarëse të spinit, formojnë një mbivendosje koherente me amplituda të barabarta.
Profesor Koren vuri në dukje: “Ne përdorëm monolidet WS2 si material fitimi sepse ky disulfid i drejtpërdrejtë i metalit të tranzicionit me boshllëk brezash ka një pseudo-spin unik të luginës dhe është studiuar gjerësisht si një bartës alternativ informacioni në elektronet e luginës. Në mënyrë specifike, eksitonet e tyre të luginës ±K '(të cilët rrezatojnë në formën e emetuesve dipolarë planarë të polarizuar 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 spin magnetikisht të lirë.”burim optik.
Në një mikrozgavër të integruar me një shtresë të vetme të luginës së spinit, eksitonet e luginës ±K 'bashkohen me gjendjen e luginës së spinit ±K me anë të përputhjes së polarizimit, dhe lazeri i eksitonit të spinit në temperaturën e dhomës realizohet me anë të reagimit të fortë të dritës. Në të njëjtën kohë,lazerMekanizmi i 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 spinit ±K.
Koherenca e luginës e nxitur nga ky mekanizëm lazeri eliminon nevojën për shtypjen e shpërndarjes me ndërprerje në temperaturë të ulët. Përveç kësaj, gjendja minimale e humbjes së lazerit me një shtresë Rashba mund të modulohet nga polarizimi linear (rrethor) i pompës, i cili ofron një mënyrë për të kontrolluar intensitetin e lazerit dhe koherencën hapësinore.
Profesori Hasman shpjegon: “E zbuluarafotonikEfekti Rashba i luginës së spinit ofron një mekanizëm të përgjithshëm për ndërtimin e burimeve optike të spinit që emetojnë sipërfaqen. Koherenca e luginës e demonstruar në një mikrozgavër të luginës së spinit të integruar me një shtresë të vetme 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 optikën e spinit, duke përdorur spinin e fotonit si një mjet efektiv për kontrollin e sjelljes së valëve elektromagnetike. Në vitin 2018, të intriguar nga pseudo-spini i luginës në materialet dy-dimensionale, filluam një projekt afatgjatë për të hetuar kontrollin aktiv të burimeve optike të spinit 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 i luginës.
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 të Rashubës që është arritur mbetet e pazgjidhur. Ky problem na frymëzon të mendojmë për modelin Rashuba të fotoneve me Q të lartë. Pas inovacionit të metodave të reja fizike, ne kemi zbatuar lazerin me një shtresë të Rashubës të përshkruar në këtë punim.
Ky arritje hap rrugën për studimin e fenomeneve të korrelacionit koherent të spinit në fushat klasike dhe kuantike, dhe hap një rrugë të re për kërkimin bazë dhe përdorimin e pajisjeve optoelektronike spintronike dhe fotonike.