En ny verden afoptoelektroniske enheder
Forskere ved Technion-Israel Institute of Technology har udviklet et sammenhængende kontrolleret spinoptisk laserbaseret på et enkelt atomlag. Denne opdagelse blev muliggjort af en kohærent spin-afhængig interaktion mellem et enkelt atomlag og et horisontalt begrænset fotonisk spingitter, som understøtter en spindal med høj Q gennem Rashaba-type spinopdeling af fotoner med bundne tilstande i kontinuumet.
Resultatet, der er offentliggjort i Nature Materials og fremhævet i forskningsbeskrivelsen, baner vejen for studiet af sammenhængende spin-relaterede fænomener i klassisk ogkvantesystemer, og åbner nye veje for grundforskning og anvendelser af elektron- og fotonspin i optoelektroniske enheder. Den optiske spinkilde kombinerer fotontilstanden med elektronovergangen, hvilket giver en metode til at studere spininformationsudvekslingen mellem elektroner og fotoner og udvikle avancerede optoelektroniske enheder.
Optiske mikrokaviteter i spindalen konstrueres ved at forbinde fotoniske spingitre med inversionsasymmetri (gul kerneregion) og inversionssymmetri (cyan beklædningsregion).
For at kunne bygge disse kilder er en forudsætning at eliminere spindegenerationen mellem to modsatte spintilstande i foton- eller elektrondelen. Dette opnås normalt ved at påføre et magnetfelt under en Faraday- eller Zeeman-effekt, selvom disse metoder normalt kræver et stærkt magnetfelt og ikke kan producere en mikrokilde. En anden lovende tilgang er baseret på et geometrisk kamerasystem, der bruger et kunstigt magnetfelt til at generere spin-splittilstande af fotoner i momentumrum.
Desværre har tidligere observationer af spin-splittilstande i høj grad været afhængige af udbredelsestilstande med lav massefaktor, hvilket pålægger ugunstige begrænsninger for kildernes rumlige og tidsmæssige kohærens. Denne tilgang hæmmes også af den spin-kontrollerede natur af blokagtige laserforstærkningsmaterialer, som ikke kan eller ikke let kan bruges til aktivt at kontrollerelyskilder, især i fravær af magnetfelter ved stuetemperatur.
For at opnå spin-splittende tilstande med høj Q konstruerede forskerne fotoniske spingitre med forskellige symmetrier, herunder en kerne med inversionsasymmetri og en inversionssymmetrisk hylster integreret med et enkelt WS2-lag, for at producere lateralt begrænsede spindale. Det grundlæggende inverse asymmetriske gitter, som forskerne anvendte, har to vigtige egenskaber.
Den kontrollerbare spin-afhængige reciprokke gittervektor forårsaget af den geometriske faserumsvariation af den heterogene anisotrope nanoporøse struktur, der er sammensat 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 kontinuumet, nemlig ±K (Brillouin-båndvinkel) foton-spindale ved kanten af spin-splittende grene, danner en kohærent superposition med lige store amplituder.
Professor Koren bemærkede: "Vi brugte WS2-monoliderne som forstærkningsmateriale, fordi dette disulfid fra overgangsmetal med direkte båndgab har et unikt dal-pseudo-spin og er blevet grundigt undersøgt som en alternativ informationsbærer i dal-elektroner. Specifikt kan deres ±K'-dal-excitoner (som udstråler i form af plane spin-polariserede dipolemittere) selektivt exciteres af spin-polariseret lys i henhold til dal-sammenligningsregler, hvorved der aktivt kontrolleres et magnetisk frit spin."optisk kilde.
I et enkeltlags integreret spindal-mikrohulrum er ±K'-dal-excitonerne koblet til ±K-spindaltilstanden ved polarisationsmatchning, og spin-excitonlaseren ved stuetemperatur realiseres ved stærk lysfeedback. Samtidig erlaserMekanismen driver de oprindeligt faseuafhængige ±K 'dal-excitoner for at finde systemets minimale tabstilstand og genetablere lock-in-korrelationen baseret på den geometriske fase modsat ±K spin-dalen.
Dalkohærens drevet af denne lasermekanisme eliminerer behovet for lavtemperaturundertrykkelse af intermitterende spredning. Derudover kan Rashba-monolagslasernes minimale tabstilstand moduleres ved lineær (cirkulær) pumpepolarisering, hvilket giver en måde at kontrollere laserintensitet og rumlig kohærens på.
Professor Hasman forklarer: "Det afsløredefotoniskSpin-dal-Rashba-effekten giver en generel mekanisme til konstruktion af overfladeemitterende spin-optiske kilder. Dalkohærensen demonstreret i en enkeltlags integreret spin-dal-mikrokavitet bringer os et skridt tættere på at opnå kvanteinformationssammenfiltring mellem ±K 'dal-excitoner via qubits.
Vores team har i lang tid udviklet spinoptik ved hjælp af fotonspin som et effektivt værktøj til at kontrollere elektromagnetiske bølgers opførsel. I 2018, fascineret af dal-pseudo-spin i todimensionelle materialer, startede vi et langsigtet projekt for at undersøge den aktive kontrol af optiske spinkilder på atomskala i fravær af magnetfelter. Vi bruger den ikke-lokale Berry-fasedefektmodel til at løse problemet med at opnå kohærent geometrisk fase fra en enkelt dal-exciton.
På grund af manglen på en stærk synkroniseringsmekanisme mellem excitoner forbliver den fundamentale kohærente superposition af flere dal-excitoner i Rashubas enkeltlags-lyskilde, som er opnået, imidlertid uløst. Dette problem inspirerer os til at tænke over Rashubas model for fotoner med høj Q. Efter at have innoveret nye fysiske metoder har vi implementeret Rashubas enkeltlagslaser, der er beskrevet i denne artikel.
Denne præstation baner vejen for studiet af kohærente spinkorrelationsfænomener inden for klassiske og kvantemæssige felter og åbner en ny vej for grundforskning og brug af spintroniske og fotoniske optoelektroniske enheder.
Opslagstidspunkt: 12. marts 2024