En ny värld av optoelektroniska enheter

En ny värld avoptoelektroniska anordningar

Forskare vid Technion-Israel Institute of Technology har utvecklat en koherent kontrollerad spinnoptisk laserbaserat på ett enda atomlager. Denna upptäckt möjliggjordes av en koherent spinnberoende interaktion mellan ett enda atomlager och ett horisontellt begränsat fotoniskt spinngitter, vilket stöder en spinndal med hög Q-värde genom Rashaba-liknande spinndelning av fotoner med bundna tillstånd i kontinuumet.
Resultatet, publicerat i Nature Materials och framhävt i forskningsrapporten, banar väg för studier av koherenta spinnrelaterade fenomen i klassisk ochkvantsystem, och öppnar nya vägar för grundforskning och tillämpningar av elektron- och fotonspinn i optoelektroniska enheter. Den optiska spinnkällan kombinerar fotonläge med elektronövergång, vilket ger en metod för att studera spinninformationsutbytet mellan elektroner och fotoner och utveckla avancerade optoelektroniska enheter.

Optiska mikrokaviteter i spinndalen konstrueras genom att gränssnitta fotoniska spinngitter med inversionsasymmetri (gul kärnregion) och inversionssymmetri (cyan beklädnadsregion).
För att kunna bygga dessa källor är en förutsättning att eliminera spinndegenerationen mellan två motsatta spinntillstånd i foton- eller elektrondelen. Detta uppnås vanligtvis genom att applicera ett magnetfält under en Faraday- eller Zeeman-effekt, även om dessa metoder vanligtvis kräver ett starkt magnetfält och inte kan producera en mikrokälla. En annan lovande metod är baserad på ett geometriskt kamerasystem som använder ett artificiellt magnetfält för att generera spinndelningstillstånd hos fotoner i momentumutrymme.
Tyvärr har tidigare observationer av spinndelningstillstånd i hög grad förlitat sig på utbredningslägen med låg massfaktor, vilket innebär negativa begränsningar för källornas rumsliga och tidsmässiga koherens. Denna metod hämmas också av den spinnkontrollerade naturen hos blockiga laserförstärkningsmaterial, som inte kan eller inte lätt kan användas för att aktivt kontrolleraljuskällor, särskilt i frånvaro av magnetfält vid rumstemperatur.
För att uppnå spinndelningstillstånd med högt Q konstruerade forskarna fotoniska spinngitter med olika symmetrier, inklusive en kärna med inversionsasymmetri och ett inversionssymmetriskt hölje integrerat med ett WS2-enkellager, för att producera lateralt begränsade spinndalar. Det grundläggande inversa asymmetriska gittret som används av forskarna har två viktiga egenskaper.
Den kontrollerbara spinnberoende reciproka gittervektorn orsakad av den geometriska fasrumsvariationen hos den heterogena anisotropa nanoporösa strukturen som är sammansatt av dem. Denna vektor delar upp spinnnedbrytningsbandet i två spinnpolariserade grenar i momentumrummet, känd som den fotoniska Rushberg-effekten.
Ett par höga Q-symmetriska (kvasi) bundna tillstånd i kontinuumet, nämligen ±K (Brillouinbandvinkel) fotonspinndalar vid kanten av spinndelningsgrenar, bildar en koherent superposition med lika amplituder.
Professor Koren noterade: ”Vi använde WS2-monoliderna som förstärkningsmaterial eftersom denna disulfid av övergångsmetaller med direkt bandgap har ett unikt dal-pseudo-spinn och har studerats omfattande som en alternativ informationsbärare i dalelektroner. Mer specifikt kan deras ±K-dal-excitoner (som strålar ut i form av plana spinnpolariserade dipolemitterare) selektivt exciteras av spinnpolariserat ljus enligt daljämförelseregler, och därmed aktivt styra ett magnetiskt fritt spinn.”optisk källa.
I en enkelskiktad integrerad spindalsmikrokavitet är ±K'-dalsexcitonerna kopplade till ±K-spinndalstillståndet genom polarisationsmatchning, och spin-excitonlasern vid rumstemperatur realiseras genom stark ljusåterkoppling. Samtidigt ärlaserMekanismen driver de initialt fasoberoende ±K '-dal-excitonerna för att hitta systemets minsta förlusttillstånd och återupprätta inlåsningskorrelationen baserat på den geometriska fasen mittemot ±K-spinndalen.
Dalkoherens som drivs av denna lasermekanism eliminerar behovet av lågtemperaturundertryckning av intermittent spridning. Dessutom kan det minimala förlusttillståndet för Rashba-monolagerlasern moduleras genom linjär (cirkulär) pumppolarisering, vilket ger ett sätt att kontrollera laserintensitet och rumslig koherens.
Professor Hasman förklarar: ”Det avslöjadefotoniskSpindals-Rashba-effekten tillhandahåller en generell mekanism för att konstruera ytemitterande spinnoptiska källor. Dalkoherensen som demonstrerats i en enkelskiktad integrerad spindalsmikrokavitet tar oss ett steg närmare att uppnå kvantinformationssammanflätning mellan ±K 'dal-excitoner via qubits.
Under lång tid har vårt team utvecklat spinnoptik och använt fotonspinn som ett effektivt verktyg för att kontrollera beteendet hos elektromagnetiska vågor. År 2018, fascinerade av dal-pseudo-spinn i tvådimensionella material, inledde vi ett långsiktigt projekt för att undersöka den aktiva kontrollen av atomskaliga spinnkällor i frånvaro av magnetfält. Vi använder den icke-lokala Berry-fasdefektmodellen för att lösa problemet med att erhålla koherent geometrisk fas från en enda dal-exciton.
På grund av bristen på en stark synkroniseringsmekanism mellan excitoner förblir dock den grundläggande koherenta superpositionen av multipla dalexcitoner i Rashubas enkelskiktsljuskälla som har uppnåtts olöst. Detta problem inspirerar oss att fundera över Rashubas modell för fotoner med hög Q. Efter att ha utvecklat nya fysikaliska metoder har vi implementerat Rashubas enkelskiktslaser som beskrivs i denna artikel.
Denna prestation banar väg för studier av koherenta spinnkorrelationsfenomen inom klassiska och kvantumfält, och öppnar en ny väg för grundforskning och användning av spintroniska och fotoniska optoelektroniska komponenter.