Dunia baru perangkat optoelektronik

Dunia baruperangkat optoelektronik

Para peneliti di Institut Teknologi Technion-Israel telah mengembangkan putaran yang terkontrol secara koherenlaser optikBerdasarkan satu lapisan atom. Penemuan ini dimungkinkan oleh interaksi koheren yang bergantung pada spin antara satu lapisan atom dan kisi spin fotonik yang dibatasi secara horizontal, yang mendukung lembah spin Q tinggi melalui pemisahan spin tipe Rashaba pada foton-foton dalam 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 bagi 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.

Mikrorongga optik lembah spin dibangun dengan menghubungkan kisi spin fotonik dengan asimetri inversi (wilayah inti kuning) dan simetri inversi (wilayah pelapisan cyan).
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 lain yang menjanjikan didasarkan pada sistem kamera geometris yang menggunakan medan magnet buatan untuk menghasilkan keadaan spin-split foton dalam ruang momentum.
Sayangnya, pengamatan sebelumnya tentang keadaan pemisahan spin sangat bergantung pada mode propagasi faktor massa rendah, yang memberikan kendala negatif pada koherensi spasial dan temporal sumber. Pendekatan ini juga terhambat oleh sifat material penguat laser blok 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 berbagai simetri, 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 bergantung spin yang terkendali disebabkan oleh variasi ruang fase geometris nanopori anisotropik heterogen yang menyusunnya. 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 pemisah spin, membentuk superposisi koheren dengan amplitudo yang sama.
Profesor Koren mencatat: "Kami menggunakan monolida WS2 sebagai material 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 spesifik, eksiton lembah ±K' mereka (yang memancar dalam bentuk pemancar dipol terpolarisasi spin planar) dapat dieksitasi secara selektif oleh cahaya terpolarisasi spin sesuai dengan aturan seleksi perbandingan lembah, sehingga secara aktif mengendalikan spin bebas magnetik.sumber optik.
Dalam rongga mikro lembah spin terintegrasi satu lapis, eksiton lembah ±K' digabungkan ke keadaan lembah spin ±K melalui pencocokan polarisasi, dan laser eksiton spin pada suhu ruangan direalisasikan melalui umpan balik cahaya yang kuat. Pada saat yang sama,laserMekanisme ini menggerakkan eksiton lembah ±K' yang awalnya bersifat fase-independen untuk menemukan status 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 akan penekanan hamburan intermiten pada suhu rendah. Selain itu, kondisi kehilangan minimum laser monolayer Rashba dapat dimodulasi oleh polarisasi pompa linear (sirkular), yang menyediakan 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 rongga mikro lembah spin terintegrasi satu lapis membawa kita selangkah lebih dekat untuk mencapai keterikatan informasi kuantum antara eksiton lembah ±K' melalui qubit.
Tim kami telah lama mengembangkan optik spin, menggunakan spin foton sebagai alat yang efektif untuk mengendalikan perilaku gelombang elektromagnetik. Pada tahun 2018, 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 non-lokal untuk memecahkan masalah perolehan fase geometri yang koheren dari sebuah eksiton lembah tunggal.
Namun, karena kurangnya mekanisme sinkronisasi yang kuat antar eksiton, superposisi koheren fundamental dari beberapa eksiton lembah dalam sumber cahaya lapisan tunggal Rashuba yang telah dicapai masih belum terpecahkan. Permasalahan ini menginspirasi kami untuk memikirkan model Rashuba untuk foton Q tinggi. Setelah berinovasi dengan metode fisika baru, kami telah mengimplementasikan 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.