Dunia baharu yangperanti optoelektronik
Penyelidik di Institut Teknologi Technion-Israel telah membangunkan putaran terkawal secara koherenlaser optikberdasarkan lapisan atom tunggal. Penemuan ini dimungkinkan oleh interaksi bergantung spin yang koheren antara lapisan atom tunggal dan kekisi spin fotonik yang dikekang secara mendatar, yang menyokong lembah spin Q tinggi melalui pemisahan spin jenis Rashaba bagi foton bagi keadaan terikat dalam kontinum.
Hasilnya, yang diterbitkan dalam Nature Materials dan diserlahkan dalam ringkasan penyelidikannya, membuka jalan untuk kajian fenomena berkaitan spin yang koheren dalam klasik dansistem kuantum, dan membuka jalan baharu untuk penyelidikan asas dan aplikasi spin elektron dan foton dalam peranti optoelektronik. Sumber optik spin menggabungkan mod foton dengan peralihan elektron, yang menyediakan kaedah untuk mengkaji pertukaran maklumat spin antara elektron dan foton dan membangunkan peranti optoelektronik termaju.
Mikrorongga optik lembah spin dibina dengan menghubungkan kekisi spin fotonik dengan asimetri songsangan (rantau teras kuning) dan simetri songsangan (rantau pelapisan sian).
Untuk membina sumber-sumber ini, prasyarat adalah untuk menghapuskan degenerasi spin antara dua keadaan spin yang 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 dapat menghasilkan mikrosumber. Satu lagi pendekatan yang menjanjikan adalah berdasarkan sistem kamera geometri yang menggunakan medan magnet buatan untuk menghasilkan keadaan spin-split foton dalam ruang momentum.
Malangnya, pemerhatian terdahulu tentang keadaan pemisahan spin banyak bergantung pada mod perambatan faktor jisim rendah, yang mengenakan kekangan buruk pada koheren ruang dan temporal sumber. Pendekatan ini juga terhalang oleh sifat terkawal spin bagi bahan penguat laser berblok, yang tidak boleh atau tidak boleh digunakan dengan mudah untuk mengawal secara aktif.sumber cahaya, terutamanya jika tiada medan magnet pada suhu bilik.
Untuk mencapai keadaan pemisahan spin Q tinggi, para penyelidik membina kekisi spin fotonik dengan simetri yang berbeza, termasuk teras dengan asimetri songsang dan sampul simetri songsang yang disepadukan dengan lapisan tunggal WS2, untuk menghasilkan lembah spin yang dikekang secara lateral. Kekisi asimetri songsang asas yang digunakan oleh para penyelidik mempunyai dua sifat penting.
Vektor kekisi timbal balik yang bergantung kepada spin yang terkawal yang disebabkan oleh variasi ruang fasa geometri nanoporous anisotropik heterogen yang terdiri daripadanya. Vektor ini membahagikan jalur degradasi spin kepada dua cabang terkutub spin dalam ruang momentum, yang dikenali sebagai kesan fotonik Rushberg.
Sepasang keadaan simetri (kuasi) Q tinggi dalam kontinum, iaitu lembah spin foton ±K (Sudut Jalur Brillouin) di pinggir cabang pemecahan spin, membentuk superposisi koheren dengan amplitud yang sama.
Profesor Koren menyatakan: “Kami menggunakan monolida WS2 sebagai bahan gandaan 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. Secara khususnya, eksiton lembah ±K 'mereka (yang memancar dalam bentuk pemancar dipol terkutub spin satah) boleh diuja secara selektif oleh cahaya terkutub spin mengikut peraturan pemilihan perbandingan lembah, sekali gus mengawal putaran bebas magnet secara aktif.sumber optik.
Dalam mikrorongga lembah spin bersepadu lapisan tunggal, eksiton lembah ±K 'digandingkan dengan keadaan lembah spin ±K melalui pemadanan polarisasi, dan laser eksiton spin pada suhu bilik direalisasikan oleh maklum balas cahaya yang kuat. Pada masa yang sama,laserMekanisme ini memacu rangsangan lembah ±K 'yang pada mulanya tidak bergantung fasa untuk mencari keadaan kehilangan minimum sistem dan mewujudkan semula korelasi terkunci berdasarkan fasa geometri yang bertentangan dengan lembah putaran ±K.
Koheren lembah yang dipacu oleh mekanisme laser ini menghapuskan keperluan untuk penindasan suhu rendah bagi penyebaran sekejap-sekejap. Di samping itu, keadaan kehilangan minimum laser monolayer Rashba boleh dimodulasi oleh polarisasi pam linear (bulat), yang menyediakan cara untuk mengawal keamatan laser dan koheren ruang.”
Profesor Hasman menjelaskan: “Yang didedahkanfotonikKesan Rashba lembah putaran menyediakan mekanisme umum untuk membina sumber optik spin pemancar permukaan. Koheren lembah yang ditunjukkan dalam mikrorongga lembah putaran bersepadu lapisan tunggal membawa kita selangkah lebih dekat untuk mencapai keterikatan maklumat kuantum antara eksiton lembah ±K 'melalui qubit.
Untuk masa yang lama, pasukan kami telah membangunkan optik spin, menggunakan spin foton sebagai alat yang berkesan untuk mengawal kelakuan 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 spin skala atom tanpa medan magnet. Kami menggunakan model kecacatan fasa Berry bukan setempat untuk menyelesaikan masalah mendapatkan fasa geometri koheren daripada satu exciton lembah.
Walau bagaimanapun, disebabkan kekurangan mekanisme penyegerakan yang kuat antara eksiton, superposisi koheren asas bagi pelbagai eksiton lembah dalam sumber cahaya lapisan tunggal Rashuba yang telah dicapai masih belum dapat diselesaikan. Masalah ini memberi inspirasi kepada kami untuk memikirkan model Rashuba bagi foton Q tinggi. Selepas menginovasi kaedah fizikal baharu, kami telah melaksanakan laser lapisan tunggal Rashuba yang diterangkan dalam kertas kerja ini.”
Pencapaian ini membuka jalan untuk kajian fenomena korelasi spin koheren dalam medan klasik dan kuantum, dan membuka jalan baharu untuk penyelidikan asas dan penggunaan peranti optoelektronik spintronik dan fotonik.
Masa siaran: 12 Mac 2024