Dunia baru perangkat optoelektronik

Dunia baruperangkat optoelektronik

Para peneliti di Institut Teknologi Technion-Israel telah mengembangkan spin yang terkontrol secara koherenlaser optikberdasarkan lapisan atom tunggal. Penemuan ini dimungkinkan oleh interaksi koheren yang bergantung pada spin antara lapisan atom tunggal dan kisi spin fotonik yang dibatasi secara horizontal, yang mendukung lembah spin Q tinggi melalui pemisahan spin tipe Rashaba dari foton-foton dari keadaan terikat dalam kontinum.
Hasil penelitian ini, yang diterbitkan di Nature Materials dan disorot dalam ringkasan penelitiannya, membuka jalan bagi studi fenomena terkait spin yang koheren dalam fisika klasik dansistem kuantum, dan membuka jalan baru untuk penelitian dan aplikasi mendasar spin elektron dan foton dalam perangkat optoelektronik. Sumber optik spin menggabungkan mode foton dengan transisi elektron, yang menyediakan metode untuk mempelajari pertukaran informasi spin antara elektron dan foton dan mengembangkan perangkat optoelektronik canggih.

Mikrorongga optik lembah spin dibangun dengan menghubungkan kisi spin fotonik dengan asimetri inversi (wilayah inti kuning) dan simetri inversi (wilayah kelongsong cyan).
Untuk membangun sumber-sumber ini, prasyaratnya adalah menghilangkan degenerasi spin antara dua keadaan spin yang berlawanan di bagian foton atau elektron. Ini biasanya dicapai dengan menerapkan medan magnet di bawah efek Faraday atau Zeeman, meskipun metode ini biasanya memerlukan medan magnet yang kuat dan tidak dapat menghasilkan sumber mikro. Pendekatan lain yang menjanjikan didasarkan pada sistem kamera geometris yang menggunakan medan magnet buatan untuk menghasilkan keadaan foton yang terbelah spin dalam ruang momentum.
Sayangnya, pengamatan sebelumnya tentang keadaan pemisahan spin sangat bergantung pada mode perambatan faktor massa rendah, yang memaksakan kendala yang merugikan pada koherensi spasial dan temporal sumber. Pendekatan ini juga terhambat oleh sifat material penguat laser yang dikontrol spin, yang tidak dapat atau tidak dapat dengan mudah digunakan untuk mengontrol secara aktifsumber cahaya, terutama jika tidak ada medan magnet pada suhu ruangan.
Untuk mencapai keadaan pemisahan spin Q tinggi, para peneliti membangun kisi spin fotonik dengan simetri yang berbeda, termasuk inti dengan asimetri inversi dan selubung simetri inversi yang terintegrasi dengan lapisan tunggal WS2, untuk menghasilkan lembah spin yang dibatasi secara lateral. Kisi asimetri invers dasar yang digunakan oleh para peneliti memiliki dua sifat penting.
Vektor kisi resiprokal yang bergantung pada spin yang dapat dikontrol disebabkan oleh variasi ruang fase geometrik nanoporous anisotropik heterogen yang terdiri darinya. Vektor ini membagi pita degradasi spin menjadi dua cabang terpolarisasi spin dalam ruang momentum, yang dikenal sebagai efek Rushberg fotonik.
Sepasang keadaan terikat simetris Q tinggi (kuasi) dalam kontinum, yaitu lembah spin foton ±K(Sudut pita Brillouin) di tepi cabang pemisahan spin, membentuk superposisi koheren dengan amplitudo yang sama.
Profesor Koren mencatat: “Kami menggunakan monolida WS2 sebagai bahan penguat karena disulfida logam transisi celah pita langsung ini memiliki pseudo-spin lembah yang unik dan telah dipelajari secara ekstensif sebagai pembawa informasi alternatif dalam elektron lembah. Secara khusus, eksiton lembah ±K 'mereka (yang memancar dalam bentuk pemancar dipol terpolarisasi spin planar) dapat secara selektif tereksitasi oleh cahaya terpolarisasi spin menurut aturan pemilihan perbandingan lembah, sehingga secara aktif mengendalikan spin bebas magnetissumber optik.
Dalam rongga mikro lembah spin terpadu satu lapis, eksiton lembah ±K 'digandengkan ke keadaan lembah spin ±K melalui pencocokan polarisasi, dan laser eksiton spin pada suhu ruangan diwujudkan melalui umpan balik cahaya yang kuat. Pada saat yang sama,laserMekanisme ini menggerakkan eksiton lembah ±K' yang awalnya bersifat fase-independen untuk menemukan keadaan kerugian minimum sistem dan membangun kembali korelasi penguncian berdasarkan fase geometris yang berlawanan dengan lembah spin ±K.
Koherensi lembah yang digerakkan oleh mekanisme laser ini menghilangkan kebutuhan untuk penekanan suhu rendah terhadap hamburan intermiten. Selain itu, status kehilangan minimum laser monolayer Rashba dapat dimodulasi oleh polarisasi pompa linear (sirkular), yang menyediakan cara untuk mengendalikan intensitas laser dan koherensi spasial.”
Profesor Hasman menjelaskan: “Yang terungkapfotonikEfek Rashba lembah spin menyediakan mekanisme umum untuk membangun sumber optik spin yang memancarkan permukaan. Koherensi lembah yang ditunjukkan dalam rongga mikro lembah spin terintegrasi satu lapis membawa kita selangkah lebih dekat untuk mencapai keterikatan informasi kuantum antara eksiton lembah ±K 'melalui qubit.
Selama ini, tim kami telah mengembangkan optik spin, menggunakan spin foton sebagai alat yang efektif untuk mengendalikan perilaku gelombang elektromagnetik. Pada tahun 2018, karena tertarik dengan pseudo-spin lembah dalam material dua dimensi, kami memulai proyek jangka panjang untuk menyelidiki kontrol aktif sumber optik spin skala atom tanpa adanya medan magnet. Kami menggunakan model cacat fase Berry nonlokal untuk memecahkan masalah dalam memperoleh fase geometrik yang koheren dari eksiton lembah tunggal.
Namun, karena kurangnya mekanisme sinkronisasi yang kuat antara eksiton, superposisi koheren fundamental dari beberapa eksiton lembah dalam sumber cahaya lapisan tunggal Rashuba yang telah dicapai masih belum terpecahkan. Masalah ini mengilhami kita untuk berpikir tentang model Rashuba dari foton Q tinggi. Setelah berinovasi dengan metode fisik baru, kami telah menerapkan laser lapisan tunggal Rashuba yang dijelaskan dalam makalah ini.”
Pencapaian ini membuka jalan bagi studi fenomena korelasi spin koheren dalam bidang klasik dan kuantum, dan membuka cara baru bagi penelitian dasar dan penggunaan perangkat optoelektronik spintronik dan fotonik.