En ny verden afoptoelektroniske enheder
Forskere ved Technion-Israel Institute of Technology har udviklet et sammenhængende styret spinoptisk laserbaseret på et enkelt atomlag.Denne opdagelse blev muliggjort af en sammenhængende spin-afhængig interaktion mellem et enkelt atomlag og et horisontalt begrænset fotonisk spin-gitter, som understøtter en høj-Q-spindal gennem Rashaba-type spinopdeling af fotoner af bundne tilstande i kontinuummet.
Resultatet, offentliggjort i Nature Materials og fremhævet i sin forskningsopgave, baner vejen for studiet af sammenhængende spin-relaterede fænomener i klassisk ogkvantesystemer, og åbner nye veje for grundlæggende forskning og anvendelser af elektron- og fotonspin i optoelektroniske enheder.Den optiske spinkilde kombinerer fotontilstanden med elektronovergangen, som giver en metode til at studere spininformationsudvekslingen mellem elektroner og fotoner og udvikle avancerede optoelektroniske enheder.
Spin valley optiske mikrokaviteter er konstrueret ved at forbinde fotoniske spingitter med inversionsasymmetri (gul kerneregion) og inversionssymmetri (cyanbeklædningsregion).
For at kunne bygge disse kilder er det en forudsætning at eliminere spindegenerationen mellem to modsatte spintilstande i foton- eller elektrondelen.Dette opnås normalt ved at anvende 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-split tilstande af fotoner i momentum rummet.
Desværre har tidligere observationer af spin split-tilstande i høj grad været afhængige af lavmassefaktorudbredelsestilstande, som pålægger ugunstige begrænsninger på kildernes rumlige og tidsmæssige sammenhæng.Denne tilgang er også hæmmet af den spin-kontrollerede natur af blokerede laser-forstærkningsmaterialer, som ikke kan eller let kan bruges til aktivt at kontrollerelyskilder, især i fravær af magnetiske felter ved stuetemperatur.
For at opnå høj-Q spin-splittende tilstande konstruerede forskerne fotoniske spin-gitre med forskellige symmetrier, herunder en kerne med inversionsasymmetri og en inversionssymmetrisk kappe integreret med et WS2 enkeltlag, for at producere lateralt begrænsede spindale.Det grundlæggende inverse asymmetriske gitter, som forskerne bruger, har to vigtige egenskaber.
Den kontrollerbare spin-afhængige reciproke gittervektor forårsaget af den geometriske faserumsvariation af den heterogene anisotrope nanoporøse 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 kontinuummet, nemlig ±K(Brillouin band Angle) foton-spindale ved kanten af spin-splittende grene, danner en sammenhængende superposition af lige amplituder.
Professor Koren bemærkede: "Vi brugte WS2 monoliderne som forstærkningsmateriale, fordi dette direkte båndgap overgangsmetaldisulfid har et unikt dal-pseudo-spin og er blevet grundigt undersøgt som en alternativ informationsbærer i dalelektroner.Specifikt kan deres ±K 'dal excitoner (som udstråler i form af plane spin-polariserede dipolemittere) exciteres selektivt af spin-polariseret lys i henhold til reglerne for valg af dalsammenligning, og dermed aktivt styre et magnetisk frit spinoptisk kilde.
I et enkeltlags integreret spindal-mikrohulrum kobles ±K'-dalens excitoner til ±K-spindaltilstanden ved polarisationsmatching, og spin-excitonlaseren ved stuetemperatur realiseres ved stærk lysfeedback.Samtidig erlasermekanismen driver de initialt faseuafhængige ±K'-dal-excitoner til at finde systemets minimale tabstilstand og genetablere indlåsningskorrelationen baseret på den geometriske fase modsat ±K-spindalen.
Dalkohærens drevet af denne lasermekanisme eliminerer behovet for lavtemperaturundertrykkelse af intermitterende spredning.Derudover kan minimumstabstilstanden for Rashba monolagslaseren moduleres ved lineær (cirkulær) pumpepolarisering, hvilket giver en måde at kontrollere laserintensitet og rumlig sammenhæng."
Professor Hasman forklarer: ”Det afsløredefotoniskspin valley Rashba-effekt giver en generel mekanisme til at konstruere overflade-emitterende spin-optiske kilder.Dalkohærensen demonstreret i et enkeltlags integreret spindal-mikrohulrum bringer os et skridt tættere på at opnå kvanteinformationssammenfiltring mellem ±K 'dal-excitoner via qubits.
I lang tid har vores team udviklet spin-optik ved at bruge fotonspin som et effektivt værktøj til at kontrollere opførselen af elektromagnetiske bølger.I 2018, fascineret af dalens pseudo-spin i todimensionelle materialer, begyndte vi et langsigtet projekt for at undersøge den aktive kontrol af atom-skala spin-optiske kilder i fravær af magnetiske felter.Vi bruger den ikke-lokale Berry-fasedefektmodel til at løse problemet med at opnå kohærent geometrisk fase fra en enkelt dal-exciton.
Men på grund af manglen på en stærk synkroniseringsmekanisme mellem excitoner forbliver den grundlæggende sammenhængende superposition af multiple dal-excitoner i Rashuba enkeltlags lyskilden, som er opnået, uløst.Dette problem inspirerer os til at tænke på Rashuba-modellen af høje Q-fotoner.Efter at have fornyet nye fysiske metoder, har vi implementeret Rashuba enkeltlags laseren beskrevet i dette papir."
Denne præstation baner vejen for studiet af sammenhængende spinkorrelationsfænomener i klassiske og kvantefelter og åbner en ny vej for grundforskning og brug af spintroniske og fotoniske optoelektroniske enheder.
Indlægstid: Mar-12-2024