Uus optoelektrooniliste seadmete maailm

Uus maailmoptoelektroonilised seadmed

Technion-Israeli Tehnoloogiainstituudi teadlased on välja töötanud sidusalt kontrollitud spinoptiline laserpõhineb ühel aatomikihil. Selle avastuse tegi võimalikuks sidus spin-sõltuv interaktsioon ühe aatomikihi ja horisontaalselt piiratud fotoonilise spin-võre vahel, mis toetab kõrge Q spinni orgu kontiinumi seotud olekute footonite Rashaba-tüüpi spinni jagamise kaudu.
Ajakirjas Nature Materials avaldatud ja selle uurimistöö kokkuvõttes esile tõstetud tulemus sillutab teed sidusate spinniga seotud nähtuste uurimisele klassikalises jakvantsüsteemidning avab uued võimalused elektronide ja footonite spinni alusuuringuteks ja rakendusteks optoelektroonilistes seadmetes. Spin-optiline allikas ühendab footoni režiimi elektronide üleminekuga, mis annab meetodi elektronide ja footonite vahelise spin-infovahetuse uurimiseks ning täiustatud optoelektrooniliste seadmete arendamiseks.

Spin Valley optilised mikroõõnsused konstrueeritakse fotooniliste spinvõrede liidestamisel inversiooniasümmeetriaga (kollase südamiku piirkond) ja inversioonisümmeetriaga (tsüaankatte piirkond).
Nende allikate ehitamiseks on eelduseks spinni degeneratsiooni kõrvaldamine kahe vastassuunalise spinni oleku vahel footoni või elektroni osas. Tavaliselt saavutatakse see Faraday või Zeemani efekti all oleva magnetvälja rakendamisega, kuigi need meetodid nõuavad tavaliselt tugevat magnetvälja ega suuda tekitada mikroallikat. Teine paljutõotav lähenemisviis põhineb geomeetrilisel kaamerasüsteemil, mis kasutab impulsiruumis footonite spin-lõhestatud olekute genereerimiseks kunstlikku magnetvälja.
Kahjuks on varasemad spin split olekute vaatlused tuginenud suurel määral väikese massifaktori levimisrežiimidele, mis seavad ebasoodsad piirangud allikate ruumilisele ja ajalisele sidususele. Seda lähenemist takistab ka plokkide laservõimendusega materjalide pöörlemisjuhitav olemus, mida ei saa või ei saa lihtsalt kasutada aktiivseks juhtimiseks.valgusallikad, eriti toatemperatuuril magnetvälja puudumisel.
Kõrge Q spin-jaotuse olekute saavutamiseks konstrueerisid teadlased erineva sümmeetriaga fotoonilised spin-võred, sealhulgas inversiooniasümmeetriaga südamik ja WS2 ühe kihiga integreeritud inversioonisümmeetriline ümbris, et tekitada külgsuunas piiratud pöörlemisorud. Teadlaste kasutatud põhilisel pöördasümmeetrilisel võrel on kaks olulist omadust.
Nendest koosneva heterogeense anisotroopse nanopoorse geomeetrilisest faasiruumi variatsioonist põhjustatud kontrollitav spin-sõltuv pöördvõre vektor. See vektor jagab spinni lagunemise riba impulsiruumis kaheks spin-polariseeritud haruks, mida tuntakse fotoonilise Rushbergi efektina.
Paar kõrge Q-ga sümmeetrilist (kvaasi) seotud olekut kontiinumis, nimelt ±K (Brillouini riba nurga) footonite spinniorud spinni poolitavate harude servas, moodustavad võrdsete amplituudidega koherentse superpositsiooni.
Professor Koren märkis: "Kasutasime võimendusmaterjalina WS2 monoliide, kuna sellel otsesel ribalaiusega siirdemetalli disulfiidil on ainulaadne oru pseudo-spin ja seda on põhjalikult uuritud oru elektronide alternatiivse teabekandjana. Täpsemalt saab nende ±K oru eksitoneid (mis kiirgavad tasapinnaliste spin-polariseeritud dipoolemitterite kujul) vastavalt oru võrdluse valikureeglitele valikuliselt ergutada spin-polariseeritud valgusega, kontrollides seega aktiivselt magnetiliselt vaba spinni.optiline allikas.
Ühekihilises integreeritud spin-oru mikroõõnes on ± K 'oru eksitonid ühendatud ± K spin-oru olekuga polarisatsiooni sobitamise teel ja toatemperatuuril olev spin-eksitonlaser realiseeritakse tugeva valguse tagasiside abil. Samal ajal,lasermehhanism juhib algselt faasist sõltumatuid ± K 'oru eksitoneid, et leida süsteemi minimaalne kadu olek ja taastada lukustuskorrelatsioon, mis põhineb ± K spin-oru vastas asuval geomeetrilisel faasil.
Selle lasermehhanismi juhitav oru sidusus välistab vajaduse aeglustada vahelduvat hajumist madalal temperatuuril. Lisaks saab Rashba ühekihilise laseri minimaalset kadu olekut moduleerida lineaarse (ringikujulise) pumba polarisatsiooniga, mis annab võimaluse kontrollida laseri intensiivsust ja ruumilist koherentsust.
Professor Hasman selgitab: "Avaldatudfotoonilinespin Valley Rashba efekt annab üldise mehhanismi pinda kiirgavate spin-optiliste allikate konstrueerimiseks. Ühekihilises integreeritud spin-oru mikroõõnsuses demonstreeritud oru sidusus viib meid ühe sammu lähemale kvantteabe põimumisele ± K oru eksitonite vahel kubitide kaudu.
Meie meeskond on pikka aega arendanud spin-optikat, kasutades footoni spinni kui tõhusat vahendit elektromagnetlainete käitumise kontrollimiseks. 2018. aastal, olles huvitatud oru pseudo-spinnist kahemõõtmelistes materjalides, alustasime pikaajalist projekti, et uurida aatomiskaala spin-optiliste allikate aktiivset juhtimist magnetväljade puudumisel. Ühe oru eksitoni koherentse geomeetrilise faasi saamise probleemi lahendamiseks kasutame mittekohalikku Berry faasi defekti mudelit.
Kuid eksitonite vahelise tugeva sünkroniseerimismehhanismi puudumise tõttu jääb Rashuba ühekihilises valgusallikas saavutatud mitme oru eksitoni põhiline koherentne superpositsioon lahendamata. See probleem inspireerib meid mõtlema kõrge Q footonite Rashuba mudelile. Pärast uute füüsiliste meetodite uuendamist oleme rakendanud selles artiklis kirjeldatud Rashuba ühekihilise laseri.
See saavutus sillutab teed sidusate spin-korrelatsiooninähtuste uurimiseks klassikalistes ja kvantväljades ning avab uue võimaluse spintrooniliste ja fotooniliste optoelektrooniliste seadmete alusuuringuteks ja kasutamiseks.