'n Nuwe wêreld vanopto-elektroniese toestelle
Navorsers aan die Technion-Israel Instituut vir Tegnologie het 'n samehangend beheerde spin ontwikkel.optiese lasergebaseer op 'n enkele atoomlaag. Hierdie ontdekking is moontlik gemaak deur 'n koherente spin-afhanklike interaksie tussen 'n enkele atoomlaag en 'n horisontaal beperkte fotoniese spinrooster, wat 'n hoë-Q spinvallei ondersteun deur Rashaba-tipe spinsplitsing van fotone van gebonde toestande in die kontinuum.
Die resultaat, gepubliseer in Nature Materials en uitgelig in die navorsingsopdrag, baan die weg vir die studie van samehangende spin-verwante verskynsels in klassieke enkwantumstelsels, en open nuwe paaie vir fundamentele navorsing en toepassings van elektron- en fotonspin in opto-elektroniese toestelle. Die spin-optiese bron kombineer die fotonmodus met die elektronoorgang, wat 'n metode bied om die spin-inligtinguitruiling tussen elektrone en fotone te bestudeer en gevorderde opto-elektroniese toestelle te ontwikkel.
Spinvallei optiese mikroholtes word gekonstrueer deur fotoniese spinroosters met inversie-asimmetrie (geel kerngebied) en inversie-simmetrie (siaan bekledingsgebied) te koppel.
Om hierdie bronne te bou, is 'n voorvereiste om die spin-degenerasie tussen twee teenoorgestelde spintoestande in die foton- of elektrondeel uit te skakel. Dit word gewoonlik bereik deur 'n magneetveld onder 'n Faraday- of Zeeman-effek toe te pas, hoewel hierdie metodes gewoonlik 'n sterk magneetveld vereis en nie 'n mikrobron kan produseer nie. Nog 'n belowende benadering is gebaseer op 'n geometriese kamerastelsel wat 'n kunsmatige magneetveld gebruik om spin-splittoestande van fotone in momentumruimte te genereer.
Ongelukkig het vorige waarnemings van spin-splittoestande sterk staatgemaak op lae-massafaktor voortplantingsmodusse, wat nadelige beperkings op die ruimtelike en temporale koherensie van bronne plaas. Hierdie benadering word ook belemmer deur die spin-beheerde aard van blokkerige laserversterkingsmateriale, wat nie maklik gebruik kan word om aktief te beheer nie.ligbronne, veral in die afwesigheid van magnetiese velde by kamertemperatuur.
Om hoë-Q spin-splitsingstoestande te bereik, het die navorsers fotoniese spinroosters met verskillende simmetrieë gekonstrueer, insluitend 'n kern met inversie-asimmetrie en 'n inversie-simmetriese omhulsel geïntegreer met 'n WS2-enkellaag, om lateraal beperkte spinvalleie te produseer. Die basiese inverse asimmetriese rooster wat deur die navorsers gebruik word, het twee belangrike eienskappe.
Die beheerbare spin-afhanklike wederkerige roostervektor wat veroorsaak word deur die geometriese faseruimtevariasie van die heterogene anisotropiese nanoporeus wat daaruit saamgestel is. Hierdie vektor verdeel die spin-degradasieband in twee spin-gepolariseerde takke in momentumruimte, bekend as die fotoniese Rushberg-effek.
'n Paar hoë Q-simmetriese (kwasi) gebonde toestande in die kontinuum, naamlik ±K (Brillouin-bandhoek) foton-spinvalleie aan die rand van spin-splitsende takke, vorm 'n koherente superposisie van gelyke amplitudes.
Professor Koren het opgemerk: “Ons het die WS2-monoliede as die versterkingsmateriaal gebruik omdat hierdie direkte bandgaping-oorgangsmetaaldisulfied 'n unieke vallei-pseudo-spin het en breedvoerig bestudeer is as 'n alternatiewe inligtingsdraer in vallei-elektrone. Spesifiek kan hul ±K 'vallei-eksitone (wat uitstraal in die vorm van planêre spin-gepolariseerde dipool-emitters) selektief opgewek word deur spin-gepolariseerde lig volgens vallei-vergelykingseleksiereëls, wat sodoende 'n magneties vrye spin aktief beheer.”optiese bron.
In 'n enkellaag-geïntegreerde spinvallei-mikroholte word die ±K'-vallei-eksitone aan die ±K-spinvalleitoestand gekoppel deur polarisasie-ooreenstemming, en die spin-eksitonlaser by kamertemperatuur word deur sterk ligterugvoer gerealiseer. Terselfdertyd word dielaserDie meganisme dryf die aanvanklik fase-onafhanklike ±K 'vallei-eksitone aan om die minimum verliestoestand van die stelsel te vind en die insluitkorrelasie te herstel gebaseer op die geometriese fase teenoor die ±K-spinvallei.
Vallei-koherensie wat deur hierdie lasermeganisme aangedryf word, elimineer die behoefte aan lae-temperatuur-onderdrukking van intermitterende verstrooiing. Boonop kan die minimum verliestoestand van die Rashba-monolaaglaser gemoduleer word deur lineêre (sirkelvormige) pomppolarisasie, wat 'n manier bied om laserintensiteit en ruimtelike koherensie te beheer.
Professor Hasman verduidelik: “Die onthuldefotonieseDie spinvallei-Rashba-effek bied 'n algemene meganisme vir die konstruksie van oppervlak-emitterende spin-optiese bronne. Die vallei-koherensie wat in 'n enkellaag-geïntegreerde spinvallei-mikroholte gedemonstreer word, bring ons een stap nader aan die bereiking van kwantuminligtingverstrengeling tussen ±K 'vallei-eksitone via kwobisse.
Ons span ontwikkel al lank spin-optika, deur fotonspin te gebruik as 'n effektiewe instrument om die gedrag van elektromagnetiese golwe te beheer. In 2018, gefassineer deur die vallei-pseudo-spin in tweedimensionele materiale, het ons 'n langtermynprojek begin om die aktiewe beheer van atoomskaal-spin-optiese bronne in die afwesigheid van magnetiese velde te ondersoek. Ons gebruik die nie-lokale Berry-fase-defekmodel om die probleem op te los om 'n koherente geometriese fase uit 'n enkele vallei-eksiton te verkry.
As gevolg van die gebrek aan 'n sterk sinchronisasiemeganisme tussen eksitone, bly die fundamentele koherente superposisie van veelvuldige vallei-eksitone in die Rashuba enkellaag-ligbron wat bereik is, egter onopgelos. Hierdie probleem inspireer ons om te dink oor die Rashuba-model van hoë Q-fotone. Nadat ons nuwe fisiese metodes geïnnoveer het, het ons die Rashuba enkellaag-laser wat in hierdie artikel beskryf word, geïmplementeer.
Hierdie prestasie baan die weg vir die studie van koherente spinkorrelasieverskynsels in klassieke en kwantumvelde, en open 'n nuwe weg vir die basiese navorsing en gebruik van spintroniese en fotoniese opto-elektroniese toestelle.
Plasingstyd: 12 Maart 2024