Optoelektronisten laitteiden uusi maailma

Uusi maailmaoptoelektroniset laitteet

Technion-Israelin teknillisen instituutin tutkijat ovat kehittäneet koherenttisti ohjatun spininoptinen laserperustuu yhteen atomikerrokseen. Tämä löytö tehtiin mahdolliseksi yhden atomikerroksen ja vaakasuoraan rajoitetun fotonisen spinhilan välisen koherentin spinriippuvaisen vuorovaikutuksen ansiosta, joka tukee korkean Q-arvon omaavaa spinlaaksoa jatkumossa olevien sidottujen tilojen fotonien Rashaba-tyyppisen spininjakautumisen kautta.
Nature Materials -lehdessä julkaistu ja tutkimustiivistelmässään korostettu tulos tasoittaa tietä koherenttien spiniin liittyvien ilmiöiden tutkimukselle klassisessa ja...kvanttijärjestelmätja avaa uusia mahdollisuuksia elektronien ja fotonien spinin perustutkimukselle ja sovelluksille optoelektronisissa laitteissa. Spinoptinen lähde yhdistää fotonimoodin elektronisiirtymään, mikä tarjoaa menetelmän elektronien ja fotonien välisen spin-informaation vaihdon tutkimiseen ja edistyneiden optoelektronisten laitteiden kehittämiseen.

Spinlaakson optiset mikroontelot konstruoidaan liittämällä fotonisia spinhiloja yhteen inversioasymmetrian (keltainen ydinalue) ja inversiosymmetrian (syaani verhousalue) kanssa.
Näiden lähteiden rakentamiseksi on välttämätöntä poistaa kahden vastakkaisen spintilan välinen spindegeneraatio fotoni- tai elektroniosassa. Tämä saavutetaan yleensä käyttämällä Faradayn tai Zeemanin ilmiön alaista magneettikenttää, vaikka nämä menetelmät yleensä vaativat voimakkaan magneettikentän eivätkä pysty tuottamaan mikrolähdettä. Toinen lupaava lähestymistapa perustuu geometriseen kamerajärjestelmään, joka käyttää keinotekoista magneettikenttää fotonien spinjakautumistilojen luomiseen liikemäärätilassa.
Valitettavasti aiemmat spinjakautumistilojen havainnot ovat perustuneet vahvasti pienen massakertoimen etenemismoodeihin, jotka asettavat haitallisia rajoituksia lähteiden spatiaaliselle ja ajalliselle koherenssille. Tätä lähestymistapaa haittaa myös lohkomaisten laservahvistusmateriaalien spin-ohjattu luonne, joita ei voida tai ei voida helposti käyttää aktiiviseen ohjaukseen.valonlähteet, erityisesti ilman magneettikenttiä huoneenlämmössä.
Korkean Q-arvon omaavien spininjakautumistilojen saavuttamiseksi tutkijat rakensivat fotonisia spinhiloja, joilla on erilaiset symmetriat, mukaan lukien inversioasymmetrinen ydin ja inversiosymmetrinen vaippa, joka on integroitu WS2-yksikerroksiseen kerrokseen, sivusuunnassa rajoitettujen spinlaaksojen tuottamiseksi. Tutkijoiden käyttämällä perus-käänteisellä epäsymmetrisellä hilalla on kaksi tärkeää ominaisuutta.
Heterogeenisen anisotrooppisen nanohuokoisen rakenteen geometrisen faasiavaruuden vaihtelun aiheuttama ohjattava spinistä riippuva käänteishilavektori. Tämä vektori jakaa spinin hajoamisvyöhykkeen kahteen spinpolarisoituun haaraan liikemääräavaruudessa, mikä tunnetaan fotonisena Rushbergin ilmiönä.
Pari korkean Q-arvon omaavaa (kvasi) sidottua tilaa jatkumossa, nimittäin ±K(Brillouinin vyöhykkeen kulma) -fotonien spinlaaksot spininjakautumishaarojen reunalla, muodostavat koherentin, yhtä suuren amplitudin omaavan superposition.
Professori Koren totesi: ”Käytimme WS2-monolideja vahvistusmateriaalina, koska tällä suoralla energia-aukkosiirtymämetallidisulfidilla on ainutlaatuinen laakson pseudo-spin ja sitä on tutkittu laajasti vaihtoehtoisena tiedonkantajana laaksoelektroneissa. Tarkemmin sanottuna niiden ±K'-laakson eksitonit (jotka säteilevät tasomaisten spinpolarisoitujen dipoli-emitterien muodossa) voidaan selektiivisesti virittää spinpolarisoidulla valolla laaksovertailuvalintasääntöjen mukaisesti, mikä kontrolloi aktiivisesti magneettisesti vapaata spiniä.”optinen lähde.
Yksikerroksisessa integroidussa spinlaakso-mikroontelossa ±K'-laakson eksitonit on kytketty ±K-spinlaakson tilaan polarisaatiosovituksella, ja huoneenlämmössä oleva spineksitonilaser toteutetaan voimakkaan valotakaisinkytkennän avulla. Samaan aikaanlasermekanismi ohjaa alun perin vaiheesta riippumattomia ±K'-laakson eksitoneja löytämään järjestelmän pienimmän häviön tilan ja palauttamaan lukituskorrelaation ±K-spinlaakson vastakkaisen geometrisen vaiheen perusteella.
Tämän lasermekanismin ohjaama laaksokoherenssi eliminoi tarpeen ajoittaisen sironnan vaimentamiselle alhaisessa lämpötilassa. Lisäksi Rashba-yksikerroslaserin minimaalisen häviön tilaa voidaan moduloida lineaarisella (ympyrämäisellä) pumppauspolarisaatiolla, mikä tarjoaa keinon hallita laserin intensiteettiä ja spatiaalista koherenssia.
Professori Hasman selittää: ”IlmoitettufotoninenSpinlaakson Rashba-ilmiö tarjoaa yleisen mekanismin pintaemittoivien spinoptisten lähteiden rakentamiseksi. Yhden kerroksen integroidussa spinlaakson mikroontelossa osoitettu laakson koherenssi tuo meidät askeleen lähemmäksi kvantti-informaation lomittumista ±K'-laakson eksitonien välille kubitien avulla.
Tiimimme on pitkään kehittänyt spinoptiikkaa käyttäen fotonispiniä tehokkaana työkaluna sähkömagneettisten aaltojen käyttäytymisen hallintaan. Vuonna 2018 kaksiulotteisten materiaalien laakson pseudo-spinin kiehtomana aloitimme pitkäaikaisen projektin, jossa tutkitaan atomitason spinoptisten lähteiden aktiivista hallintaa ilman magneettikenttiä. Käytämme epälokaalista Berryn faasivirhemallia ratkaistaksemme ongelman, joka liittyy koherentin geometrisen faasin saamiseen yhdestä laakson eksitonista.
Vahvan synkronointimekanismin puuttumisen vuoksi eksitonien välillä ei kuitenkaan ole ratkaistu useiden laaksoeksitonien perustavanlaatuista koherenttia superpositiota Rashuba-yksikerroksisessa valonlähteessä. Tämä ongelma inspiroi meitä pohtimaan korkean Q-arvon fotonien Rashuba-mallia. Uusien fysikaalisten menetelmien innovoinnin jälkeen olemme toteuttaneet tässä artikkelissa kuvatun Rashuba-yksikerroksisen laserin.
Tämä saavutus tasoittaa tietä koherenttien spinkorrelaatioilmiöiden tutkimukselle klassisissa ja kvanttikentissä ja avaa uuden tien spintronisten ja fotonisten optoelektronisten laitteiden perustutkimukselle ja käytölle.