Optoelektronisten laitteiden uusi maailma

Uusi maailmaoptoelektroniset laitteet

Technion-Israel Institute of Technologyn tutkijat ovat kehittäneet johdonmukaisesti hallitun spininoptinen laserperustuu yhteen atomikerrokseen. Tämän löydön teki mahdolliseksi yhtenäinen spin-riippuvainen vuorovaikutus yhden atomikerroksen ja vaakasuunnassa rajoitetun fotonisen spinhilan välillä, joka tukee korkean Q-spin laakson kautta jatkumon sidottujen tilojen fotonien Rashaba-tyyppisen spin-halkaisun kautta.
Nature Materialsissa julkaistu ja sen tutkimusraportissa korostettu tulos tasoittaa tietä koherenttien spiniin liittyvien ilmiöiden tutkimukselle klassisissa jakvanttijärjestelmätja avaa uusia väyliä perustutkimukselle ja elektronien ja fotonien spinin sovelluksille optoelektronisissa laitteissa. Spin-optinen lähde yhdistää fotonimoodin elektronisiirtymään, mikä tarjoaa menetelmän elektronien ja fotonien välisen spin-informaation vaihdon tutkimiseen ja edistyneiden optoelektronisten laitteiden kehittämiseen.

Spin Valleyn optiset mikroontelot rakennetaan yhdistämällä fotonisia spinhiloja, joissa on inversio-epäsymmetria (keltainen ydinalue) ja inversiosymmetria (syaaniverhoilualue).
Näiden lähteiden rakentamisen edellytyksenä on, että fotoni- tai elektroniosassa eliminoidaan spindegeneraatio kahden vastakkaisen spin-tilan välillä. Tämä saavutetaan yleensä käyttämällä magneettikenttää Faradayn tai Zeemanin vaikutuksen alaisena, vaikka nämä menetelmät vaativat yleensä vahvan magneettikentän eivätkä pysty tuottamaan mikrolähdettä. Toinen lupaava lähestymistapa perustuu geometriseen kamerajärjestelmään, joka käyttää keinotekoista magneettikenttää fotonien spin-split-tilojen muodostamiseen liikemääräavaruudessa.
Valitettavasti aikaisemmat havainnot spin split -tiloista ovat tukeutuneet vahvasti pienimassatekijän etenemismoodiin, jotka asettavat haitallisia rajoituksia lähteiden tilalliselle ja ajalliselle koherenssille. Tätä lähestymistapaa haittaa myös lohkoisten laservahvistusmateriaalien pyörimisohjattu luonne, jota ei voida tai ei voida helposti käyttää aktiiviseen ohjaukseen.valonlähteet, varsinkin jos magneettikenttiä ei ole huoneenlämpötilassa.
Korkean Q-arvon spin-jakamistilojen saavuttamiseksi tutkijat rakensivat fotonisia spinhiloja, joilla oli eri symmetria, mukaan lukien ydin, jossa oli inversion epäsymmetria, ja inversion symmetrinen verhokäyrä, joka oli integroitu WS2-yksikerrokseen, tuottaakseen lateraalisesti rajoitettuja spin-laaksoja. Tutkijoiden käyttämällä käänteisellä epäsymmetrisellä perushilalla on kaksi tärkeää ominaisuutta.
Niistä koostuvan heterogeenisen anisotrooppisen nanohuokoisen geometrisen faasitilan vaihtelun aiheuttama ohjattava spin-riippuvainen käänteinen hilavektori. Tämä vektori jakaa spin-hajoamiskaistan kahdeksi spin-polarisoiduksi haaraksi liikemääräavaruudessa, joka tunnetaan fotoni-Rushberg-ilmiönä.
Pari korkean Q:n symmetristä (quasi) sidottua tilaa jatkumossa, nimittäin ±K (Brillouinin kaistan kulma) fotonien spin-laaksot spinin jakavien haarojen reunalla, muodostavat samansuuruisen koherentin superposition.
Professori Koren huomautti: "Käytimme WS2-monolideja vahvistusmateriaalina, koska tällä suorakaistavälillä siirtymämetallidisulfidilla on ainutlaatuinen laakson pseudo-spin ja sitä on tutkittu laajasti vaihtoehtoisena tiedon välittäjänä laakson elektroneissa. Tarkemmin sanottuna niiden ±K laakson eksitonit (jotka säteilevät tasomaisten spin-polarisoitujen dipolisäteilijöiden muodossa) voidaan virittää selektiivisesti spin-polarisoidulla valolla laakson vertailun valintasääntöjen mukaisesti, mikä säätelee aktiivisesti magneettisesti vapaata spiniä.optinen lähde.
Yksikerroksisessa integroidussa spinlaakson mikroontelossa ±K'-laakson eksitonit kytketään ±K-spinlaakson tilaan polarisaatiosovituksella, ja huoneenlämpötilassa oleva spineksitonilaser toteutetaan voimakkaalla valopalautuksella. Samaan aikaan,lasermekanismi ohjaa alunperin vaiheriippumattomia ±K' laakson herätteitä löytääkseen järjestelmän minimihäviötilan ja palauttaakseen lukituskorrelaation, joka perustuu geometriseen vaiheeseen, joka on vastapäätä ±K-spinlaaksoa.
Tämän lasermekanismin ohjaama laakson koherenssi eliminoi tarpeen vaimentaa ajoittaista sirontaa alhaisessa lämpötilassa. Lisäksi yksikerroksisen Rashba-laserin minimihäviötilaa voidaan moduloida lineaarisella (pyöreällä) pumppupolarisaatiolla, mikä tarjoaa tavan hallita laserin intensiteettiä ja spatiaalista koherenssia.
Professori Hasman selittää: ”Paljastettufotoninenspin valley Rashba-efekti tarjoaa yleisen mekanismin pintaa emittoivien spin-optisten lähteiden rakentamiseen. Yksikerroksisessa integroidussa spinlaakson mikroontelossa osoitettu laakson koherenssi tuo meidät askeleen lähemmäksi kvanttiinformaation sotkeutumista ±K laakson eksitonien välillä qubittien kautta.
Tiimimme on pitkään kehittänyt spin-optiikkaa käyttämällä fotonispiniä tehokkaana työkaluna sähkömagneettisten aaltojen käyttäytymisen hallintaan. Vuonna 2018 kiinnostuneena laakson pseudo-spinistä kaksiulotteisissa materiaaleissa aloitimme pitkän aikavälin projektin tutkiaksemme atomimittakaavan spin-optisten lähteiden aktiivista ohjausta magneettikenttien puuttuessa. Käytämme ei-paikallista Berry-vaihevikamallia ratkaistaksemme ongelman saada koherentti geometrinen vaihe yhdestä laakson eksitonista.
Kuitenkin, koska eksitonien välillä ei ole vahvaa synkronointimekanismia, saavutettu useiden laakson eksitonien perustavanlaatuinen koherentti superpositio Rashuban yksikerroksisessa valonlähteessä on edelleen ratkaisematta. Tämä ongelma inspiroi meitä ajattelemaan korkean Q-fotonien Rashuba-mallia. Uusien fyysisten menetelmien innovoinnin jälkeen olemme ottaneet käyttöön tässä artikkelissa kuvatun Rashuba yksikerroksisen laserin.
Tämä saavutus tasoittaa tietä koherenttien spin-korrelaatioilmiöiden tutkimukselle klassisilla ja kvanttikentillä ja avaa uuden tien spintronisten ja fotonisten optoelektronisten laitteiden perustutkimukselle ja käytölle.