Dunia baru perangkat optoelektronik

Dunia baruperangkat optoelektronik

Para peneliti di Technion-Israel Institute of Technology telah mengembangkan sistem putaran yang terkontrol secara koheren.laser 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 keadaan terikat dalam kontinum.
Hasil penelitian yang dipublikasikan di Nature Materials dan disorot dalam ringkasan penelitiannya, membuka jalan bagi studi fenomena terkait spin yang koheren dalam material klasik dansistem kuantum, dan membuka jalan baru untuk penelitian fundamental dan aplikasi 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 serta mengembangkan perangkat optoelektronik canggih.

Mikrokavitas optik lembah spin dibangun dengan menghubungkan kisi-kisi spin fotonik dengan asimetri inversi (wilayah inti kuning) dan simetri inversi (wilayah selubung sian).
Untuk membangun sumber-sumber ini, prasyaratnya adalah menghilangkan degenerasi spin antara dua keadaan spin yang berlawanan pada bagian foton atau elektron. Hal ini biasanya dicapai dengan menerapkan medan magnet di bawah efek Faraday atau Zeeman, meskipun metode ini biasanya membutuhkan medan magnet yang kuat dan tidak dapat menghasilkan sumber mikro. Pendekatan menjanjikan lainnya didasarkan pada sistem kamera geometris yang menggunakan medan magnet buatan untuk menghasilkan keadaan pemisahan spin foton dalam ruang momentum.
Sayangnya, pengamatan sebelumnya terhadap keadaan pemisahan spin sangat bergantung pada mode propagasi faktor massa rendah, yang memberikan batasan yang merugikan pada koherensi spasial dan temporal sumber. Pendekatan ini juga terhambat oleh sifat terkontrol spin dari material penguat laser berbentuk blok, yang tidak dapat atau tidak mudah digunakan untuk mengontrol secara aktif.sumber cahaya, terutama jika tidak ada medan magnet pada suhu ruangan.
Untuk mencapai keadaan pemisahan spin ber-Q tinggi, para peneliti membangun kisi spin fotonik dengan simetri yang berbeda, termasuk inti dengan asimetri inversi dan selubung simetris inversi yang terintegrasi dengan lapisan tunggal WS2, untuk menghasilkan lembah spin yang dibatasi secara lateral. Kisi asimetris inversi dasar yang digunakan oleh para peneliti memiliki dua sifat penting.
Vektor kisi resiprokal yang bergantung pada spin dan dapat dikendalikan disebabkan oleh variasi ruang fase geometris dari nanopori anisotropik heterogen yang tersusun darinya. Vektor ini membagi pita degradasi spin menjadi dua cabang terpolarisasi spin dalam ruang momentum, yang dikenal sebagai efek Rushberg fotonik.
Sepasang keadaan terikat (kuasi) simetris Q tinggi 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 monolid WS2 sebagai material penguat karena disulfida logam transisi celah pita langsung ini memiliki pseudo-spin lembah yang unik dan telah banyak dipelajari sebagai pembawa informasi alternatif dalam elektron lembah. Secara khusus, eksiton lembah ±K' mereka (yang memancarkan radiasi dalam bentuk pemancar dipol terpolarisasi spin planar) dapat dieksitasi secara selektif oleh cahaya terpolarisasi spin sesuai dengan aturan seleksi perbandingan lembah, sehingga secara aktif mengontrol spin bebas magnetik.sumber optik.
Dalam mikrokavitas lembah spin terintegrasi lapisan tunggal, eksiton lembah ±K' digabungkan ke keadaan lembah spin ±K melalui pencocokan polarisasi, dan laser eksiton spin pada suhu ruang diwujudkan melalui umpan balik cahaya yang kuat. Pada saat yang sama,laserMekanisme ini mendorong eksiton lembah ±K yang awalnya tidak bergantung pada fase untuk menemukan keadaan kehilangan minimum sistem dan membangun kembali korelasi penguncian berdasarkan fase geometris yang berlawanan dengan lembah spin ±K.
Koherensi lembah yang didorong oleh mekanisme laser ini menghilangkan kebutuhan akan penekanan hamburan intermiten pada suhu rendah. Selain itu, keadaan kehilangan minimum laser monolayer Rashba dapat dimodulasi oleh polarisasi pompa linier (melingkar), yang memberikan cara untuk mengontrol intensitas laser dan koherensi spasial.”
Profesor Hasman menjelaskan: “Yang terungkapfotonikEfek Rashba lembah spin menyediakan mekanisme umum untuk membangun sumber optik spin pemancar permukaan. Koherensi lembah yang ditunjukkan dalam mikrokavitas lembah spin terintegrasi lapisan tunggal membawa kita selangkah lebih dekat untuk mencapai keterikatan informasi kuantum antara eksiton lembah ±K' melalui qubit.
Selama waktu yang lama, 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 pada 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 non-lokal untuk memecahkan masalah mendapatkan fase geometris koheren dari eksiton lembah tunggal.
Namun, karena kurangnya mekanisme sinkronisasi yang kuat antara eksiton, superposisi koheren fundamental dari beberapa eksiton lembah pada sumber cahaya lapisan tunggal Rashuba yang telah dicapai masih belum terpecahkan. Masalah ini menginspirasi kami untuk memikirkan model Rashuba untuk foton Q tinggi. Setelah berinovasi dengan metode fisik baru, kami telah mengimplementasikan laser lapisan tunggal Rashuba yang dijelaskan dalam makalah ini.”
Pencapaian ini membuka jalan bagi studi fenomena korelasi spin koheren dalam medan klasik dan kuantum, serta membuka jalan baru untuk penelitian dasar dan penggunaan perangkat optoelektronik spintronik dan fotonik.