Dunia baharu peranti optoelektronik

Dunia baruperanti optoelektronik

Penyelidik di Institut Teknologi Technion-Israel telah membangunkan putaran yang dikawal secara koherenlaser optikberdasarkan satu lapisan atom. Penemuan ini dimungkinkan oleh interaksi bergantung putaran yang koheren antara lapisan atom tunggal dan kekisi putaran fotonik yang dikekang secara mendatar, yang menyokong lembah putaran Q tinggi melalui pemisahan putaran jenis Rashaba bagi foton keadaan terikat dalam kontinum.
Hasilnya, diterbitkan dalam Bahan Alam Semula Jadi dan diserlahkan dalam ringkasan penyelidikannya, membuka jalan untuk kajian fenomena berkaitan putaran koheren dalam klasik dansistem kuantum, dan membuka jalan baharu untuk penyelidikan asas dan aplikasi putaran elektron dan foton dalam peranti optoelektronik. Sumber optik putaran menggabungkan mod foton dengan peralihan elektron, yang menyediakan kaedah untuk mengkaji pertukaran maklumat putaran antara elektron dan foton dan membangunkan peranti optoelektronik termaju.

Mikrokaviti optik lembah putaran dibina dengan mengantaramukakan kekisi putaran fotonik dengan asimetri penyongsangan (rantau teras kuning) dan simetri penyongsangan (rantau pelapisan cyan).
Untuk membina sumber ini, prasyarat adalah untuk menghapuskan kemerosotan putaran antara dua keadaan putaran bertentangan dalam bahagian foton atau elektron. Ini biasanya dicapai dengan menggunakan medan magnet di bawah kesan Faraday atau Zeeman, walaupun kaedah ini biasanya memerlukan medan magnet yang kuat dan tidak boleh menghasilkan sumber mikro. Satu lagi pendekatan yang menjanjikan adalah berdasarkan sistem kamera geometri yang menggunakan medan magnet tiruan untuk menjana keadaan pemisahan putaran foton dalam ruang momentum.
Malangnya, pemerhatian sebelumnya terhadap keadaan pemisahan putaran telah banyak bergantung pada mod penyebaran faktor jisim rendah, yang mengenakan kekangan buruk pada koheren spatial dan temporal sumber. Pendekatan ini juga dihalang oleh sifat terkawal putaran bahan laser-gain berhalangan, yang tidak boleh atau tidak boleh digunakan dengan mudah untuk mengawal secara aktifsumber cahaya, terutamanya jika tiada medan magnet pada suhu bilik.
Untuk mencapai keadaan pemisahan putaran Q tinggi, para penyelidik membina kekisi putaran fotonik dengan simetri yang berbeza, termasuk teras dengan asimetri penyongsangan dan sampul simetri penyongsangan yang disepadukan dengan lapisan tunggal WS2, untuk menghasilkan lembah putaran yang dikekang sisi. Kekisi asimetri songsang asas yang digunakan oleh penyelidik mempunyai dua sifat penting.
Vektor kekisi timbal balik bergantung putaran terkawal yang disebabkan oleh variasi ruang fasa geometri bagi nanoporous anisotropik heterogen yang terdiri daripadanya. Vektor ini memisahkan jalur degradasi putaran kepada dua cabang terpolarisasi putaran dalam ruang momentum, yang dikenali sebagai kesan Rushberg fotonik.
Sepasang keadaan terikat Q simetri (kuasi) tinggi dalam kontinum, iaitu ±K(Brillouin band Angle) lembah putaran foton di pinggir cawangan pemisahan putaran, membentuk superposisi koheren amplitud yang sama.
Profesor Koren menyatakan: "Kami menggunakan monolid WS2 sebagai bahan perolehan kerana disulfida logam peralihan jurang jalur langsung ini mempunyai pseudo-spin lembah yang unik dan telah dikaji secara meluas sebagai pembawa maklumat alternatif dalam elektron lembah. Khususnya, pengujaan lembah ±K ' mereka (yang memancar dalam bentuk pemancar dipol terkutub putaran satah) boleh diuja secara selektif oleh cahaya terkutub putaran mengikut peraturan pemilihan perbandingan lembah, dengan itu secara aktif mengawal putaran bebas magnet.sumber optik.
Dalam mikrokaviti lembah putaran bersepadu satu lapisan, pengujaan lembah ±K digandingkan dengan keadaan lembah putaran ±K melalui padanan polarisasi, dan laser pengujaan putaran pada suhu bilik direalisasikan oleh maklum balas cahaya yang kuat. Pada masa yang sama,lasermekanisme memacu pengujaan lembah ±K 'yang pada mulanya bebas fasa untuk mencari keadaan kehilangan minimum sistem dan mewujudkan semula korelasi kunci masuk berdasarkan fasa geometri yang bertentangan dengan lembah putaran ±K.
Koheren lembah yang didorong oleh mekanisme laser ini menghapuskan keperluan untuk penindasan suhu rendah bagi serakan sekejap-sekejap. Di samping itu, keadaan kehilangan minimum laser monolayer Rashba boleh dimodulasi oleh polarisasi pam linear (bulatan), yang menyediakan cara untuk mengawal intensiti laser dan koheren spatial.
Profesor Hasman menjelaskan: “Yang didedahkanfotoniklembah spin kesan Rashba menyediakan mekanisme umum untuk membina sumber optik putaran pemancar permukaan. Koheren lembah yang ditunjukkan dalam mikrokaviti lembah putaran bersepadu satu lapisan membawa kita selangkah lebih dekat untuk mencapai jalinan maklumat kuantum antara ±K 'excitons lembah melalui qubits.
Untuk masa yang lama, pasukan kami telah membangunkan optik putaran, menggunakan putaran foton sebagai alat yang berkesan untuk mengawal tingkah laku gelombang elektromagnet. Pada tahun 2018, tertarik dengan pseudo-spin lembah dalam bahan dua dimensi, kami memulakan projek jangka panjang untuk menyiasat kawalan aktif sumber optik putaran skala atom tanpa ketiadaan medan magnet. Kami menggunakan model kecacatan fasa Berry bukan tempatan untuk menyelesaikan masalah mendapatkan fasa geometri yang koheren daripada satu exciton lembah.
Walau bagaimanapun, disebabkan kekurangan mekanisme penyegerakan yang kuat antara exciton, superposisi koheren asas bagi pelbagai exciton lembah dalam sumber cahaya satu lapisan Rashuba yang telah dicapai masih tidak dapat diselesaikan. Masalah ini memberi inspirasi kepada kita untuk memikirkan model Rashuba bagi foton Q tinggi. Selepas menginovasi kaedah fizikal baharu, kami telah melaksanakan laser satu lapisan Rashuba yang diterangkan dalam kertas ini.
Pencapaian ini membuka jalan kepada kajian fenomena korelasi putaran koheren dalam bidang klasik dan kuantum, dan membuka cara baharu untuk penyelidikan asas dan penggunaan peranti optoelektronik spintronik dan fotonik.