Yeni bir dünyaoptoelektronik cihazlar
Technion-İsrail Teknoloji Enstitüsü'ndeki araştırmacılar, tutarlı bir şekilde kontrol edilebilen bir spin geliştirdiler.optik lazerTek bir atomik katmana dayanmaktadır. Bu keşif, tek bir atomik katman ile yatay olarak sınırlandırılmış bir fotonik spin kafesi arasında tutarlı bir spin bağımlı etkileşim sayesinde mümkün olmuştur; bu etkileşim, süreklilikteki bağlı durumların fotonlarının Rashaba tipi spin ayrılması yoluyla yüksek Q'lu bir spin vadisini destekler.
Nature Materials dergisinde yayınlanan ve araştırma özetinde vurgulanan bu sonuç, klasik ve uzaylı uzaylarında tutarlı spinle ilgili olayların incelenmesinin önünü açıyor.kuantum sistemleriBu durum, optoelektronik cihazlarda elektron ve foton spininin temel araştırmaları ve uygulamaları için yeni yollar açmaktadır. Spin optik kaynağı, foton modunu elektron geçişiyle birleştirerek, elektronlar ve fotonlar arasındaki spin bilgi alışverişini incelemek ve gelişmiş optoelektronik cihazlar geliştirmek için bir yöntem sağlar.
Fotonik spin kafeslerinin ters simetri (sarı çekirdek bölgesi) ve ters simetri (camgöbeği kaplama bölgesi) ile arayüzlenmesiyle spin vadisi optik mikro boşlukları oluşturulur.
Bu kaynakları oluşturmak için ön koşul, foton veya elektron kısmındaki iki zıt spin durumu arasındaki spin dejenerasyonunu ortadan kaldırmaktır. Bu genellikle Faraday veya Zeeman etkisi altında manyetik alan uygulanarak elde edilir, ancak bu yöntemler genellikle güçlü bir manyetik alan gerektirir ve mikro kaynak üretemez. Bir diğer umut vadeden yaklaşım ise, momentum uzayında fotonların spin ayrışmış durumlarını oluşturmak için yapay bir manyetik alan kullanan geometrik bir kamera sistemine dayanmaktadır.
Ne yazık ki, spin ayrışmalı durumların önceki gözlemleri büyük ölçüde düşük kütle faktörlü yayılma modlarına dayanıyordu; bu da kaynakların uzamsal ve zamansal tutarlılığına olumsuz kısıtlamalar getiriyordu. Bu yaklaşım ayrıca, aktif olarak kontrol edilemeyen veya kolayca edilemeyen bloklu lazer kazanç malzemelerinin spin kontrollü doğası nedeniyle de engellenmektedir.ışık kaynaklarıÖzellikle manyetik alanların olmadığı ve oda sıcaklığındaki durumlarda.
Yüksek Q değerli spin ayrışma durumları elde etmek için araştırmacılar, ters simetrik bir çekirdek ve yanal olarak kısıtlanmış spin vadileri üretmek üzere WS2 tek katmanıyla entegre edilmiş ters simetrik bir zarf da dahil olmak üzere farklı simetrilere sahip fotonik spin kafesleri oluşturdular. Araştırmacılar tarafından kullanılan temel ters asimetrik kafesin iki önemli özelliği vardır.
Bu heterojen anizotropik nanoporlu yapının geometrik faz uzayındaki değişiminden kaynaklanan, kontrol edilebilir spin bağımlı ters örgü vektörü, spin bozunma bandını momentum uzayında iki spin polarize kola ayırır; bu olaya fotonik Rushberg etkisi denir.
Sürekli spektrumda, yüksek Q simetrik (yarı) bağlı durum çifti, yani spin ayrışma dallarının kenarındaki ±K (Brillouin bant açısı) foton spin vadileri, eşit genliklerin tutarlı bir süperpozisyonunu oluşturur.
Profesör Koren şunları belirtti: “WS2 monolitlerini kazanç malzemesi olarak kullandık çünkü bu doğrudan bant aralıklı geçiş metal disülfürü benzersiz bir vadi sözde spinine sahip ve vadi elektronlarında alternatif bir bilgi taşıyıcısı olarak kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Özellikle, ±K 'vadi eksitonları (düzlemsel spin polarize dipol yayıcılar şeklinde ışınım yapan) vadi karşılaştırma seçim kurallarına göre spin polarize ışıkla seçici olarak uyarılabilir ve böylece manyetik olarak serbest bir spin aktif olarak kontrol edilebilir.optik kaynak.
Tek katmanlı entegre spin vadisi mikro boşluğunda, ±K 'vadi eksitonları polarizasyon eşleşmesi yoluyla ±K spin vadisi durumuna bağlanır ve güçlü ışık geri beslemesiyle oda sıcaklığında spin eksiton lazeri elde edilir. Aynı zamanda,lazerBu mekanizma, başlangıçta fazdan bağımsız olan ±K 'vadi eksitonlarını sistemin minimum kayıp durumunu bulmaya ve ±K spin vadisinin karşısındaki geometrik faza dayalı kilitlenme korelasyonunu yeniden kurmaya yönlendirir.
Bu lazer mekanizmasıyla sağlanan vadi tutarlılığı, aralıklı saçılmanın düşük sıcaklıkta bastırılması ihtiyacını ortadan kaldırır. Ek olarak, Rashba tek katmanlı lazerin minimum kayıp durumu, doğrusal (dairesel) pompa polarizasyonu ile modüle edilebilir; bu da lazer yoğunluğunu ve uzamsal tutarlılığı kontrol etmenin bir yolunu sağlar.
Profesör Hasman şöyle açıklıyor: “Ortaya çıkanlarfotonikSpin vadisi Rashba etkisi, yüzeyden yayılan spin optik kaynaklarının oluşturulması için genel bir mekanizma sağlar. Tek katmanlı entegre spin vadisi mikro boşluğunda gösterilen vadi tutarlılığı, ±K' vadisi eksitonları arasında kuantum bitleri aracılığıyla kuantum bilgi dolanıklığına ulaşmaya bir adım daha yaklaştırıyor.
Ekibimiz uzun zamandır, elektromanyetik dalgaların davranışını kontrol etmek için etkili bir araç olarak foton spinini kullanarak spin optiği geliştiriyor. 2018'de, iki boyutlu malzemelerdeki vadi sözde spinine duyduğumuz ilgiyle, manyetik alanların yokluğunda atom 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 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 süperpozisyonu çözümsüz kalmıştır. Bu sorun, bizi yüksek Q fotonlarının Rashuba modeli üzerine düşünmeye sevk etti. Yeni fiziksel yöntemler geliştirdikten sonra, bu makalede açıklanan Rashuba tek katmanlı lazeri hayata geçirdik.”
Bu başarı, klasik ve kuantum alanlarda tutarlı spin korelasyon fenomenlerinin incelenmesinin önünü açmakta ve spintronik ve fotonik optoelektronik cihazların temel araştırmaları ve kullanımı için yeni bir yol açmaktadır.
Yayın tarihi: 12 Mart 2024