Een nieuwe wereld vanopto -elektronische apparaten
Onderzoekers van het Technion-Israel Institute of Technology hebben een coherent gecontroleerde spin ontwikkeldoptische laserGebaseerd op een enkele atoomlaag. Deze ontdekking werd mogelijk gemaakt door een coherente spin-afhankelijke interactie tussen een enkele atoomlaag en een horizontaal beperkt fotonisch spinrooster, dat een high-Q spin-vallei ondersteunt door rashaba-type spin-spinsplitsing van fotonen van gebonden toestanden in het continuüm.
Het resultaat, gepubliceerd in Nature Materials en benadrukt in zijn onderzoeksbrief, maakt de weg vrij voor de studie van coherente spin-gerelateerde fenomenen in klassieke enkwantumsystemenen opent nieuwe wegen voor fundamenteel onderzoek en toepassingen van elektronen- en fotonspin in opto -elektronische apparaten. De SPIN -optische bron combineert de foton -modus met de elektronenovergang, die een methode biedt voor het bestuderen van de spin -informatie -uitwisseling tussen elektronen en fotonen en het ontwikkelen van geavanceerde opto -elektronische apparaten.
Optische microholten van spin -vallei worden geconstrueerd door het interfaceren van fotonische spinroosters met inversieasymmetrie (gele kerngebied) en inversiesymmetrie (cyaanbekleding).
Om deze bronnen te bouwen, is een voorwaarde om de spin -degeneratie tussen twee tegengestelde spinstaten in het foton- of elektronendeel te elimineren. Dit wordt meestal bereikt door een magnetisch veld toe te passen onder een Faraday- of Zeeman -effect, hoewel deze methoden meestal een sterk magnetisch veld vereisen en geen microsource kunnen produceren. Een andere veelbelovende aanpak is gebaseerd op een geometrisch camerasysteem dat een kunstmatig magnetisch veld gebruikt om spin-split-toestanden van fotonen in momentumruimte te genereren.
Helaas zijn eerdere waarnemingen van spin-splitstaten sterk afhankelijk van de productiemodi met lage massa, die nadelige beperkingen opleggen aan de ruimtelijke en tijdelijke coherentie van bronnen. Deze benadering wordt ook belemmerd door de spin-gecontroleerde aard van blocky laser-gain-materialen, die niet gemakkelijk kunnen of niet gemakkelijk worden gebruikt om actief te regelenLichtbronnen, vooral in afwezigheid van magnetische velden bij kamertemperatuur.
Om high-Q spin-splitse toestanden te bereiken, construeerden de onderzoekers fotonische spinroosters met verschillende symmetrieën, waaronder een kern met inversieasymmetrie en een inversiesymmetrische envelop geïntegreerd met een WS2 enkele laag, om lateraal beperkte spin-valleien te produceren. Het eenvoudige inverse asymmetrische rooster dat door de onderzoekers wordt gebruikt, heeft twee belangrijke eigenschappen.
De controleerbare spin-afhankelijke wederzijdse roostervector veroorzaakt door de geometrische fasevariatie van de heterogene anisotrope nanoporeuze samengesteld. Deze vector splitst de spin-afbraakband in twee spin-gepolariseerde takken in momentumruimte, bekend als het fotonische Rushberg-effect.
Een paar hoge Q -symmetrische (quasi) gebonden toestanden in het continuüm, namelijk ± K (Brillouin Band Angle) foton spin -valleien aan de rand van spinsplitsen, vormen een coherente superpositie van gelijke amplitudes.
Professor Koren merkte op: “We hebben de WS2-monolides gebruikt als het versterkingsmateriaal omdat deze directe band-gap-overgangsmetaaldisulfide een unieke vallei-pseudo-spin heeft en uitgebreid is bestudeerd als een alternatieve informatiedrager in vallei-elektronen. In het bijzonder kunnen hun ± K 'vallei-excitonen (die uitstralen in de vorm van vlakke spin-gepolariseerde dipool-emitters) selectief worden geëxciteerd door spin-gepolariseerd licht volgens de regels voor het selectievergelijking van de vallei, waardoor een magnetisch vrije spin wordt geregeld.optische bron.
In een single-layer geïntegreerde spin-vallei microcavity worden de ± K 'vallei-excitonen gekoppeld aan de ± K spin-vallei-toestand door polarisatie-matching, en de spin-excitonlaser bij kamertemperatuur wordt gerealiseerd door sterke lichte feedback. Tegelijkertijd, delaserHet mechanisme drijft de aanvankelijk fase-onafhankelijke ± K 'vallei-excitonen aan om de minimale verliesstatus van het systeem te vinden en de lock-in correlatie te herstellen op basis van de geometrische fase tegenover de ± K spin-vallei.
Vallei -coherentie aangedreven door dit lasermechanisme elimineert de behoefte aan onderdrukking van lage temperatuur van intermitterende verstrooiing. Bovendien kan de minimale verliesstatus van de Rashba Monolayer -laser worden gemoduleerd door lineaire (cirkelvormige) pomppolarisatie, die een manier biedt om laserintensiteit en ruimtelijke samenhang te regelen. ”
Professor Hasman legt uit: “De onthuldefotonischSpin Valley Rashba-effect biedt een algemeen mechanisme voor het construeren van oppervlakte-emitterende spin-optische bronnen. De coherentie van de vallei aangetoond in een single-layer geïntegreerde spin-vallei microcavity brengt ons een stap dichter bij het bereiken van kwantuminformatie-verstrengeling tussen ± k 'valley excitons via Qubits.
Lange tijd ontwikkelt ons team spin -optiek, met behulp van fotonspin als een effectief hulpmiddel voor het regelen van het gedrag van elektromagnetische golven. In 2018, geïntrigeerd door de Valley-pseudo-spin in tweedimensionale materialen, zijn we begonnen met een langetermijnproject om de actieve controle van optische bronnen op atoomschaal te onderzoeken in afwezigheid van magnetische velden. We gebruiken het niet-lokale bessenfase-defectmodel om het probleem op te lossen van het verkrijgen van een coherente geometrische fase van een enkele vallei-exciton.
Vanwege het ontbreken van een sterk synchronisatiemechanisme tussen excitonen, blijft de fundamentele coherente superpositie van meervoudige vallei-excitonen in de Rashuba single-layer lichtbron die is bereikt, onopgelost. Dit probleem inspireert ons om na te denken over het Rashuba -model van hoge Q -fotonen. Na het innoveren van nieuwe fysieke methoden hebben we de Rashuba single-layer laser geïmplementeerd die in dit artikel is beschreven. ”
Deze prestatie maakt de weg vrij voor de studie van coherente spin -correlatieverschijnselen in klassieke en kwantumvelden en opent een nieuwe manier voor het basisonderzoek en het gebruik van spintronic en fotonische opto -elektronische apparaten.
Posttijd: Mar-12-2024