Yeni bir dünyaoptoelektronik cihazlar
Technion-İsrail Teknoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, tutarlı bir şekilde kontrol edilen bir dönüş geliştirdileroptik lazerTek bir atom katmanına dayalı. Bu keşif, tek bir atom katmanı ile yatay olarak sınırlandırılmış bir fotonik spin kafesi arasındaki tutarlı bir spin bağımlı etkileşim sayesinde mümkün olmuştur. Bu etkileşim, süreklilikteki bağlı durumlardaki fotonların Rashaba tipi spin bölünmesi yoluyla yüksek Q spin vadisini desteklemektedir.
Nature Materials'da yayınlanan ve araştırma özetinde vurgulanan sonuç, klasik ve modern bilimlerde tutarlı spinle ilgili fenomenlerin incelenmesinin önünü açıyor.kuantum sistemlerive optoelektronik cihazlarda elektron ve foton spininin temel araştırma ve uygulamaları için yeni yollar açar. Spin optik kaynağı, foton modunu elektron geçişiyle birleştirerek, elektronlar ve fotonlar arasındaki spin bilgi alışverişini incelemek ve gelişmiş optoelektronik cihazlar geliştirmek için bir yöntem sunar.
Spin vadisi optik mikro boşlukları, fotonik spin kafeslerinin ters çevirme asimetrisi (sarı çekirdek bölgesi) ve ters çevirme simetrisi (camgöbeği kaplama bölgesi) ile arayüzlenmesiyle oluşturulur.
Bu kaynakları oluşturmak için ön koşul, foton veya elektron kısmındaki iki zıt spin durumu arasındaki spin dejenerasyonunun ortadan kaldırılmasıdır. Bu genellikle Faraday veya Zeeman etkisi altında bir manyetik alan uygulanarak elde edilir, ancak bu yöntemler genellikle güçlü bir manyetik alan gerektirir ve bir mikro kaynak üretemez. Bir diğer umut verici yaklaşım ise, momentum uzayında fotonların spin-bölünmüş durumlarını üretmek için yapay bir manyetik alan kullanan geometrik bir kamera sistemine dayanmaktadır.
Ne yazık ki, spin bölünmüş durumlarına ilişkin önceki gözlemler, kaynakların uzamsal ve zamansal tutarlılığına olumsuz kısıtlamalar getiren düşük kütle faktörlü yayılma modlarına büyük ölçüde dayanıyordu. Bu yaklaşım, bloklu lazer kazançlı malzemelerin spin kontrollü yapısı nedeniyle de engelleniyor; bu malzemeler, aktif olarak kontrol etmek için kullanılamıyor veya kolayca kullanılamıyor.ışık kaynaklarıözellikle oda sıcaklığında manyetik alanların bulunmadığı durumlarda.
Yüksek Q spin bölme durumlarına ulaşmak için araştırmacılar, ters asimetrili bir çekirdek ve WS2 tek katmanıyla entegre edilmiş ters simetrik bir zarf da dahil olmak üzere farklı simetrilere sahip fotonik spin kafesleri inşa ederek yanal olarak kısıtlanmış spin vadileri oluşturdular. Araştırmacılar tarafından kullanılan temel ters asimetrik kafesin iki önemli özelliği vardır.
Bunlardan oluşan heterojen anizotropik nanogözenekli yapının geometrik faz uzayı değişiminden kaynaklanan, kontrol edilebilir spin bağımlı karşılıklı kafes vektörü. Bu vektör, spin bozunma bandını momentum uzayında iki spin polarize dala böler ve bu da fotonik Rushberg etkisi olarak bilinir.
Süreklilikteki yüksek Q simetrik (yarı) bağlı durum çifti, yani spin bölen dalların kenarındaki ±K(Brillouin bant açısı) foton spin vadileri, eşit genliklerde tutarlı bir süperpozisyon oluşturur.
Profesör Koren şunları kaydetti: "Bu doğrudan bant aralığı geçiş metali disülfürünün benzersiz bir vadi sözde-spin'ine sahip olması ve vadi elektronlarında alternatif bir bilgi taşıyıcısı olarak kapsamlı bir şekilde incelenmesi nedeniyle, WS2 monolidlerini kazanç malzemesi olarak kullandık. Özellikle, ±K vadi eksitonları (düzlemsel spin-polarize dipol yayıcılar şeklinde yayılanlar), vadi karşılaştırma seçim kurallarına göre spin-polarize ışık tarafından seçici olarak uyarılabilir ve böylece manyetik olarak serbest bir spin aktif olarak kontrol edilebilir."optik kaynak.
Tek katmanlı entegre bir spin vadi mikro boşluğunda, ±K 'vadi eksitonları polarizasyon eşleştirmesi ile ±K spin vadi durumuna bağlanır ve oda sıcaklığındaki spin eksiton lazeri güçlü ışık geri bildirimi ile gerçekleştirilir. Aynı zamanda,lazermekanizma, sistemin minimum kayıp durumunu bulmak ve ±K spin vadisinin karşısındaki geometrik faza dayalı olarak kilitleme korelasyonunu yeniden kurmak için başlangıçta fazdan bağımsız ±K 'vadi eksitonlarını yönlendirir.
Bu lazer mekanizmasının sağladığı vadi tutarlılığı, aralıklı saçılmanın düşük sıcaklıkta bastırılmasına olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Ayrıca, Rashba tek katmanlı lazerinin minimum kayıp durumu, doğrusal (dairesel) pompa polarizasyonu ile modüle edilebilir ve bu da lazer yoğunluğunu ve uzaysal tutarlılığı kontrol etmenin bir yolunu sunar.
Profesör Hasman şöyle açıklıyor: “Ortaya çıkanfotonikSpin vadisi Rashba etkisi, yüzeyden yayılan spin optik kaynaklarının inşası için genel bir mekanizma sağlar. Tek katmanlı entegre bir spin vadisi mikro boşluğunda gösterilen vadi tutarlılığı, kübitler aracılığıyla ±K vadisi eksitonları arasında kuantum bilgi dolanıklığına ulaşmamıza bir adım daha yaklaştırıyor.
Ekibimiz uzun süredir, foton spinini elektromanyetik dalgaların davranışını kontrol etmek için etkili bir araç olarak kullanarak spin optiği geliştiriyor. 2018 yılında, iki boyutlu malzemelerdeki vadi sözde-spininden etkilenerek, manyetik alanların olmadığı durumlarda atom ölçeğindeki spin optik kaynaklarının aktif kontrolünü araştırmak üzere uzun vadeli bir projeye başladık. Tek bir vadi eksitonundan tutarlı geometrik faz elde etme problemini çözmek için yerel olmayan Berry faz kusuru modelini kullanıyoruz.
Ancak, eksitonlar arasında güçlü bir senkronizasyon mekanizmasının bulunmaması nedeniyle, Rashuba tek katmanlı ışık kaynağında elde edilen çoklu vadi eksitonlarının temel tutarlı üst üste binmesi henüz çözülememiştir. Bu sorun, bizi yüksek Q'lu fotonların Rashuba modelini düşünmeye teşvik ediyor. Yeni fiziksel yöntemler geliştirdikten sonra, bu makalede açıklanan Rashuba tek katmanlı lazeri uyguladık.
Bu başarı, klasik ve kuantum alanlarında tutarlı spin korelasyon olgusunun incelenmesinin önünü açmakta ve spintronik ve fotonik optoelektronik cihazların temel araştırmaları ve kullanımı için yeni bir yol açmaktadır.
Gönderi zamanı: 12 Mart 2024