Dinja ġdida ta' apparati optoelettroniċi

Dinja ġdida ta'apparati optoelettroniċi

Riċerkaturi fl-Istitut tat-Teknoloġija Technion-Iżrael żviluppaw spin ikkontrollat ​​b'mod koerentilejżer ottikuibbażat fuq saff atomiku wieħed. Din l-iskoperta kienet possibbli permezz ta' interazzjoni koerenti dipendenti fuq l-ispin bejn saff atomiku wieħed u kannizzata tal-ispin fotonika orizzontalment ristretta, li tappoġġja wied tal-ispin b'Q għolja permezz ta' qsim tal-ispin tat-tip Rashaba ta' fotoni ta' stati marbuta fil-kontinwu.
Ir-riżultat, ippubblikat f'Nature Materials u enfasizzat fil-qosor tar-riċerka tiegħu, iwitti t-triq għall-istudju ta' fenomeni koerenti relatati mal-ispin fil-klassiċi usistemi kwantiċi, u jiftaħ toroq ġodda għar-riċerka fundamentali u l-applikazzjonijiet tal-ispin tal-elettroni u l-fotoni f'apparati optoelettroniċi. Is-sors ottiku tal-ispin jikkombina l-modalità tal-fotoni mat-tranżizzjoni tal-elettroni, li jipprovdi metodu għall-istudju tal-iskambju tal-informazzjoni tal-ispin bejn l-elettroni u l-fotoni u l-iżvilupp ta' apparati optoelettroniċi avvanzati.

Il-mikrokavitajiet ottiċi tal-wied tal-ispin huma mibnija billi jiġu interkonnessi kannizzati fotoniċi tal-ispin b'assimetrija tal-inverżjoni (reġjun tal-qalba isfar) u simetrija tal-inverżjoni (reġjun tal-kisi ċjan).
Sabiex jinbnew dawn is-sorsi, prerekwiżit huwa li tiġi eliminata d-deġenerazzjoni tal-ispin bejn żewġ stati tal-ispin opposti fil-parti tal-foton jew tal-elettron. Dan ġeneralment jinkiseb billi jiġi applikat kamp manjetiku taħt effett Faraday jew Zeeman, għalkemm dawn il-metodi ġeneralment jeħtieġu kamp manjetiku qawwi u ma jistgħux jipproduċu mikrosors. Approċċ ieħor promettenti huwa bbażat fuq sistema ta' kamera ġeometrika li tuża kamp manjetiku artifiċjali biex tiġġenera stati ta' spin-split tal-fotoni fl-ispazju tal-momentum.
Sfortunatament, osservazzjonijiet preċedenti ta' stati ta' split tal-ispin iddependu ħafna fuq modi ta' propagazzjoni b'fattur ta' massa baxxa, li jimponu restrizzjonijiet avversi fuq il-koerenza spazjali u temporali tas-sorsi. Dan l-approċċ huwa mxekkel ukoll min-natura kkontrollata mill-ispin ta' materjali b'qligħ tal-lejżer b'blokki, li ma jistgħux jew ma jistgħux jintużaw faċilment biex jikkontrollaw b'mod attivsorsi tad-dawl, speċjalment fin-nuqqas ta' kampi manjetiċi f'temperatura tal-kamra.
Biex jinkisbu stati ta' qsim tal-ispin b'Q għolja, ir-riċerkaturi kkostruwew kannizzati fotoniċi tal-ispin b'simmetriji differenti, inkluż qalba b'assimetrija ta' inverżjoni u envelop simmetriku ta' inverżjoni integrat ma' saff wieħed WS2, biex jipproduċu widien tal-ispin lateralment kostretti. Il-kannizzata asimmetrika inversa bażika użata mir-riċerkaturi għandha żewġ proprjetajiet importanti.
Il-vettur tal-kannizzata reċiproka dipendenti fuq l-ispin kontrollabbli kkawżat mill-varjazzjoni ġeometrika tal-ispazju tal-fażi tan-nanoporuż anisotropiku eteroġenju magħmul minnhom. Dan il-vettur jaqsam il-medda tad-degradazzjoni tal-ispin f'żewġ fergħat polarizzati mill-ispin fl-ispazju tal-momentum, magħruf bħala l-effett fotoniku ta' Rushberg.
Par ta' stati marbuta simmetriċi (kważi) b'Q għolja fil-kontinwu, jiġifieri widien tal-ispin tal-fotoni ±K(Angolu tal-banda ta' Brillouin) fit-tarf tal-fergħat li jaqsmu l-ispin, jiffurmaw superpożizzjoni koerenti ta' amplitudnijiet ugwali.
Il-Professur Koren innota: “Użajna l-monolidi WS2 bħala l-materjal tal-qligħ għaliex dan id-disulfid tal-metall ta’ transizzjoni b’band-gap dirett għandu pseudo-spin uniku fil-wied u ġie studjat b’mod estensiv bħala trasportatur ta’ informazzjoni alternattiv fl-elettroni tal-wied. Speċifikament, l-eċitoni tal-wied ±K 'tagħhom (li jirradjaw fil-forma ta’ emittenti dipoli polarizzati bl-ispin planari) jistgħu jiġu eċċitati b’mod selettiv minn dawl polarizzat bl-ispin skont ir-regoli tal-għażla tat-tqabbil tal-wied, u b’hekk jikkontrollaw b’mod attiv spin manjetikament ħieles.”sors ottiku.
F'mikrokavità ta' wied ta' spin integrat b'saff wieħed, l-eċitoni tal-wied ±K' huma akkoppjati mal-istat tal-wied ta' spin ±K permezz ta' tqabbil tal-polarizzazzjoni, u l-lejżer tal-eċiton tal-ispin f'temperatura tal-kamra huwa realizzat permezz ta' feedback qawwi tad-dawl. Fl-istess ħin, il-lejżerIl-mekkaniżmu jmexxi l-eċitoni tal-wied ±K 'li huma inizjalment indipendenti mill-fażi biex isibu l-istat ta' telf minimu tas-sistema u jerġgħu jistabbilixxu l-korrelazzjoni lock-in ibbażata fuq il-fażi ġeometrika opposta l-wied tal-ispin ±K.
Il-koerenza tal-wied immexxija minn dan il-mekkaniżmu tal-lejżer telimina l-ħtieġa għal soppressjoni f'temperatura baxxa tat-tifrix intermittenti. Barra minn hekk, l-istat minimu ta' telf tal-lejżer monolayer Rashba jista' jiġi mmodulat permezz ta' polarizzazzjoni lineari (ċirkolari) tal-pompa, li tipprovdi mod kif tiġi kkontrollata l-intensità tal-lejżer u l-koerenza spazjali.
Il-Professur Hasman jispjega: “Dak li żvelafotonikuL-effett Rashba tal-wied tal-ispin jipprovdi mekkaniżmu ġenerali għall-kostruzzjoni ta' sorsi ottiċi tal-ispin li jarmu l-wiċċ. Il-koerenza tal-wied murija f'mikrokavità integrata tal-wied tal-ispin b'saff wieħed tressaqna pass eqreb lejn il-kisba ta' tħabbil kwantiku tal-informazzjoni bejn ±K' eċitoni tal-wied permezz ta' qubits.
Għal żmien twil, it-tim tagħna ilu jiżviluppa ottika tal-ispin, bl-użu tal-ispin tal-fotoni bħala għodda effettiva għall-kontroll tal-imġiba tal-mewġ elettromanjetiku. Fl-2018, intrigati mill-pseudo-spin tal-wied f'materjali bidimensjonali, bdejna proġett fit-tul biex ninvestigaw il-kontroll attiv ta' sorsi ottiċi tal-ispin fuq skala atomika fin-nuqqas ta' kampi manjetiċi. Nużaw il-mudell tad-difett tal-fażi mhux lokali ta' Berry biex insolvu l-problema li niksbu fażi ġeometrika koerenti minn eċiton ta' wied wieħed.
Madankollu, minħabba n-nuqqas ta' mekkaniżmu ta' sinkronizzazzjoni b'saħħtu bejn l-eċċitoni, is-superpożizzjoni koerenti fundamentali ta' eċċitoni multipli ta' widien fis-sors tad-dawl b'saff wieħed ta' Rashuba li nkisbet tibqa' mhux solvuta. Din il-problema tispirana biex naħsbu dwar il-mudell Rashuba ta' fotoni b'Q għolja. Wara li innovajna metodi fiżiċi ġodda, implimentajna l-lejżer b'saff wieħed ta' Rashuba deskritt f'dan id-dokument.
Dan il-kisba twitti t-triq għall-istudju ta' fenomeni ta' korrelazzjoni koerenti tal-ispin f'oqsma klassiċi u kwantistiċi, u tiftaħ triq ġdida għar-riċerka bażika u l-użu ta' apparati optoelettroniċi spintroniċi u fotoniċi.