Optoelektronik cihazların yeni dünyası

Yeni bir dünyaoptoelektronik cihazlar

Technion-İsrail Teknoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar tutarlı bir şekilde kontrol edilen bir dönüş geliştirdileroptik lazertek bir atom katmanına dayanmaktadır. Bu keşif, tek bir atomik katman ile süreklilik içindeki bağlı durumların fotonlarının Rashaba tipi spin bölünmesi yoluyla yüksek Q'lu bir spin vadisini destekleyen yatay olarak sınırlandırılmış bir fotonik spin kafesi arasındaki tutarlı bir spin bağımlı etkileşimle mümkün olmuştur.
Nature Materials'da yayınlanan ve araştırma özetinde vurgulanan sonuç, klasik ve modern bilimlerde spinle ilgili tutarlı olayların araştırılmasının yolunu açıyor.kuantum sistemlerive optoelektronik cihazlarda elektron ve foton spininin temel araştırmaları ve uygulamaları için yeni yollar açar. Döndürme optik kaynağı, foton modunu elektron geçişiyle birleştirir; bu, elektronlar ve fotonlar arasındaki dönüş bilgisi alışverişini incelemek ve gelişmiş optoelektronik cihazlar geliştirmek için bir yöntem sağlar.

Spin vadisi optik mikro boşlukları, fotonik spin kafeslerinin ters asimetri (sarı çekirdek bölgesi) ve ters simetri (mavi kaplama bölgesi) ile arayüzlenmesiyle oluşturulur.
Bu kaynakları oluşturmak için bir ön koşul, foton veya elektron kısmındaki iki zıt spin durumu arasındaki spin dejenerasyonunu ortadan kaldırmaktır. 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. Gelecek vaat eden bir başka yaklaşım ise momentum uzayında fotonların spin-bölünme durumlarını oluşturmak için yapay bir manyetik alan kullanan geometrik bir kamera sistemine dayanmaktadır.
Ne yazık ki, spin bölünmüş durumlarına ilişkin önceki gözlemler, kaynakların uzaysal ve zamansal tutarlılığı üzerinde olumsuz kısıtlamalar getiren düşük kütle faktörü yayılma modlarına büyük ölçüde dayanıyordu. Bu yaklaşım aynı zamanda aktif olarak kontrol etmek için kullanılamayan veya kolaylıkla kullanılamayan bloklu lazer kazançlı malzemelerin dönüş kontrollü doğası nedeniyle de engellenmektedir.ışık kaynaklarıözellikle oda sıcaklığında manyetik alanların yokluğunda.
Araştırmacılar, yüksek Q'lu spin-bölünme durumlarına ulaşmak için, yanal olarak sınırlandırılmış spin vadileri oluşturmak üzere, inversiyon asimetrisine sahip bir çekirdek ve WS2 tek katmanıyla entegre edilmiş bir inversiyon simetrik zarf dahil olmak üzere farklı simetrilere sahip fotonik spin kafesleri oluşturdular. Araştırmacıların kullandığı temel ters asimetrik kafesin iki önemli özelliği vardır.
Bunlardan oluşan heterojen anizotropik nano gözeneklerin geometrik faz alanı değişiminin neden olduğu kontrol edilebilir spin bağımlı karşılıklı kafes vektörü. Bu vektör, spin bozulma bandını, fotonik Rushberg etkisi olarak bilinen momentum uzayında iki spin-polarize dallara böler.
Süreklilik içindeki bir çift yüksek Q simetrik (yarı) bağlı durum, yani spin bölme dallarının kenarındaki ±K(Brillouin bant Açısı) foton spin vadileri, eşit genliklerde tutarlı bir süperpozisyon oluşturur.
Profesör Koren şunları kaydetti: "Kazanç malzemesi olarak WS2 monolitlerini kullandık çünkü bu doğrudan bant aralığı geçiş metali disülfürü benzersiz bir vadi sahte dönüşüne sahiptir ve vadi elektronlarında alternatif bir bilgi taşıyıcısı olarak kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Spesifik olarak, ±K' vadi eksitonları (düzlemsel spin-polarize dipol yayıcılar şeklinde yayılan), vadi karşılaştırma seçim kurallarına göre spin-polarize ışık tarafından seçici olarak uyarılabilir, böylece manyetik olarak serbest bir dönüşü aktif olarak kontrol edebilir.optik kaynak.
Tek katmanlı entegre bir spin vadisi mikro boşluğunda, ±K 'vadisi eksitonları, polarizasyon eşleşmesi yoluyla ±K spin vadisi durumuna bağlanır ve oda sıcaklığında spin eksiton lazeri, güçlü ışık geri bildirimi ile gerçekleştirilir. Aynı zamanda,lazerMekanizma, sistemin minimum kayıp durumunu bulmak ve ±K dönüş vadisinin karşısındaki geometrik faza dayalı olarak kilitleme korelasyonunu yeniden kurmak için başlangıçta fazdan bağımsız ±K 'vadisi eksitonlarını çalıştırır.
Bu lazer mekanizması tarafından yönlendirilen vadi tutarlılığı, aralıklı saçılmanın düşük sıcaklıkta bastırılmasına olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Ek olarak, Rashba tek katmanlı lazerin minimum kayıp durumu, lazer yoğunluğunu ve uzaysal tutarlılığı kontrol etmenin bir yolunu sağlayan doğrusal (dairesel) pompa polarizasyonuyla modüle edilebilir."
Profesör Hasman şöyle açıklıyor: “Ortaya çıkanfotonikspin vadisi Rashba etkisi, yüzey yayan spin optik kaynaklarının oluşturulması için genel bir mekanizma sağlar. Tek katmanlı entegre bir spin vadisi mikro boşluğunda gösterilen vadi tutarlılığı, bizi kübitler aracılığıyla ±K 'vadi eksitonları arasında kuantum bilgi dolaşıklığına ulaşmaya bir adım daha yaklaştırıyor.
Ekibimiz uzun bir süredir, elektromanyetik dalgaların davranışını kontrol etmek için foton spinini etkili bir araç olarak kullanan spin optiği geliştiriyor. 2018 yılında, iki boyutlu malzemelerdeki vadi sözde spininin ilgisini çekerek, manyetik alanların yokluğunda atomik ölçekli spin optik kaynaklarının aktif kontrolünü araştırmak için uzun vadeli bir projeye başladık. Tek bir vadi eksitonundan tutarlı geometrik faz elde etme problemini çözmek için yerel olmayan Berry fazı kusur modelini kullanıyoruz.
Bununla birlikte, eksitonlar arasında güçlü bir senkronizasyon mekanizmasının bulunmaması nedeniyle, Rashuba tek katmanlı ışık kaynağında elde edilen çoklu vadi eksitonlarının temel tutarlı süperpozisyonu çözülmeden kalmaktadır. Bu problem bizi yüksek Q'lu fotonların Rashuba modeli hakkında düşünmeye teşvik ediyor. Yeni fiziksel yöntemler geliştirdikten sonra, bu yazıda açıklanan Rashuba tek katmanlı lazeri uygulamaya koyduk."
Bu başarı, klasik ve kuantum alanlarındaki tutarlı spin korelasyonu olgularının incelenmesinin önünü açıyor ve spintronik ve fotonik optoelektronik cihazların temel araştırması ve kullanımı için yeni bir yol açıyor.