En ny verden afOptoelektroniske enheder
Forskere ved Technion-Israel Institute of Technology har udviklet en sammenhængende kontrolleret spinOptisk laserbaseret på et enkelt atomlag. Denne opdagelse blev muliggjort ved en sammenhængende spinafhængig interaktion mellem et enkelt atomlag og en vandret begrænset fotonisk spin-gitter, der understøtter en høj-Q-spin-dal gennem Rashaba-type spinopdeling af fotoner af bundne tilstande i kontinuummet.
Resultatet, der er offentliggjort i naturmaterialer og fremhævet i sin forskningskort, baner vejen for studiet af sammenhængende spin-relaterede fænomener i klassisk ogkvantesystemer, og åbner nye muligheder for grundlæggende forskning og anvendelser af elektron- og fotonspin i optoelektroniske enheder. Spin -optisk kilde kombinerer fotontilstand med elektronovergangen, som tilvejebringer en metode til undersøgelse af spininformationsudvekslingen mellem elektroner og fotoner og udvikling af avancerede optoelektroniske enheder.
Spin Valley -optiske mikrokaviteter er konstrueret ved at grænseflade fotoniske spin -gitter med inversionsasymmetri (gul kerneområde) og inversionssymmetri (cyan beklædningsregion).
For at opbygge disse kilder er en forudsætning at eliminere spin -degenerationen mellem to modsatte spin -tilstande i foton- eller elektrondelen. Dette opnås normalt ved at anvende et magnetfelt under en Faraday- eller Zeeman -effekt, skønt disse metoder normalt kræver et stærkt magnetfelt og ikke kan producere en mikrosource. En anden lovende tilgang er baseret på et geometrisk kamerasystem, der bruger et kunstigt magnetfelt til at generere spin-split stater af fotoner i momentumrummet.
Desværre har tidligere observationer af spin-split-tilstande været meget afhængige af forplantningstilstande med lav massefaktor, som pålægger de rumlige og tidsmæssige sammenhæng af kilder. Denne fremgangsmåde hæmmes også af den spin-kontrollerede karakter af blokerede laser-gain-materialer, som ikke let ikke kan bruges til aktivt at kontrollerelyskilderisær i fravær af magnetiske felter ved stuetemperatur.
For at opnå høj-Q-spin-splittende tilstande konstruerede forskerne fotoniske spin-gitter med forskellige symmetrier, herunder en kerne med inversionsasymmetri og en inversionssymmetrisk konvolut integreret med et WS2-enkeltlag, for at producere lateralt begrænsede spin-dale. Den grundlæggende omvendte asymmetriske gitter, der bruges af forskerne, har to vigtige egenskaber.
Den kontrollerbare spinafhængige gensidige gittervektor forårsaget af den geometriske fase-rumvariation af den heterogene anisotropiske nanoporøse sammensatte af dem. Denne vektor opdeler spin-nedbrydningsbåndet i to spin-polariserede grene i momentumrummet, kendt som den fotoniske rushberg-effekt.
Et par høje Q -symmetriske (kvasi) bundne tilstande i kontinuummet, nemlig ± k (Brillouin Band Angle) foton spin -dale ved kanten af spin -splittende grene, danner en sammenhængende superposition af lige amplituder.
Professor Koren bemærkede: ”Vi brugte WS2-monolider som forstærkningsmateriale, fordi dette direkte bånd-gap-overgangsmetaldisulfid har en unik dal pseudo-spin og er blevet omfattende undersøgt som en alternativ informationsbærer i dalelektroner. Specifikt kan deres ± k 'Valley-excitoner (som udstråler i form af plane spin-polariserede dipolemittere) selektivt ophidset ved spin-polariseret lys i henhold til Valley Comparisic Selection Rules, og således aktivt kontrollere en magnetisk fri spin spinOptisk kilde.
I et enkeltlags integreret spin-dalmikrocavitet er ± k 'dal-excitons koblet til ± K Spin Valley State ved polariseringsmatching, og spin-exciton-laseren ved stuetemperatur realiseres ved stærk lys feedback. På samme tidlaserMekanismen driver den oprindeligt faseuafhængige ± k 'dal excitons for at finde systemets mindste tabstilstand og genoprette lock-in-korrelationen baseret på den geometriske fase overfor ± K Spin Valley.
Valley -kohærens drevet af denne lasermekanisme eliminerer behovet for lav temperaturundertrykkelse af intermitterende spredning. Derudover kan den mindste tabstilstand for Rashba -monolags -laseren moduleres af lineær (cirkulær) pumpepolarisering, som giver en måde at kontrollere laserintensitet og rumlig sammenhæng. ”
Professor Hasman forklarer: ”Den afsløredefotoniskSpin Valley Rashba-effekt tilvejebringer en generel mekanisme til konstruktion af overfladeemitterende spin-optiske kilder. Valley-kohærensen demonstreret i et enkeltlags integreret spin Valley Microcavity bringer os et skridt tættere på at opnå kvanteinformation sammenfiltring mellem ± k 'Valley-excitons via qubits.
I lang tid har vores team udviklet spinoptik ved hjælp af fotonspin som et effektivt værktøj til at kontrollere opførslen af elektromagnetiske bølger. I 2018, fascineret af Valley Pseudo-spin i to-dimensionelle materialer, begyndte vi et langsigtet projekt til at undersøge den aktive kontrol af atomskala spin optiske kilder i fravær af magnetiske felter. Vi bruger den ikke-lokale bærfase-defektmodel til at løse problemet med at opnå sammenhængende geometrisk fase fra en enkelt dal exciton.
På grund af manglen på en stærk synkroniseringsmekanisme mellem excitoner forbliver den grundlæggende sammenhængende superposition af flere dal excitoner i Rashuba-enkeltlags lyskilde, der er opnået, uopløst. Dette problem inspirerer os til at tænke på Rashuba -modellen med høje Q -fotoner. Efter at have innoveret nye fysiske metoder, har vi implementeret Rashuba-enkeltlags laser, der er beskrevet i dette papir. ”
Denne præstation baner vejen for studiet af sammenhængende spin -korrelationsfænomener inden for klassiske og kvantefelter og åbner en ny måde for den grundlæggende forskning og anvendelse af spintroniske og fotoniske optoelektroniske enheder.
Posttid: Mar-12-2024