Isang bagong mundo ng mga optoelectronic na aparato

Isang bagong mundo ngoptoelectronic na mga aparato

Ang mga mananaliksik sa Technion-Israel Institute of Technology ay nakabuo ng isang magkakaugnay na kinokontrol na pag-ikotoptical laserbatay sa iisang atomic layer. Ang pagtuklas na ito ay naging posible sa pamamagitan ng magkakaugnay na pakikipag-ugnayan na umaasa sa spin sa pagitan ng isang solong atomic na layer at isang pahalang na na-constrain na photonic spin lattice, na sumusuporta sa isang high-Q spin valley sa pamamagitan ng Rashaba-type na spin splitting ng mga photon ng mga nakatali na estado sa continuum.
Ang resulta, na inilathala sa Nature Materials at naka-highlight sa maikling pananaliksik nito, ay nagbibigay daan para sa pag-aaral ng magkakaugnay na mga phenomena na nauugnay sa pag-ikot sa klasikal atquantum system, at nagbubukas ng mga bagong paraan para sa pangunahing pananaliksik at mga aplikasyon ng electron at photon spin sa mga optoelectronic na device. Pinagsasama ng spin optical source ang photon mode sa electron transition, na nagbibigay ng paraan para sa pag-aaral ng spin information exchange sa pagitan ng mga electron at photon at pagbuo ng mga advanced na optoelectronic na device.

Ang mga optical microcavity ng spin valley ay binuo sa pamamagitan ng interfacing ng photonic spin lattices na may inversion asymmetry (dilaw na core na rehiyon) at inversion symmetry (cyan cladding region).
Upang mabuo ang mga pinagmumulan na ito, isang kinakailangan ay alisin ang pagkabulok ng spin sa pagitan ng dalawang magkasalungat na estado ng pag-ikot sa bahagi ng photon o electron. Ito ay karaniwang nakakamit sa pamamagitan ng paglalapat ng magnetic field sa ilalim ng isang Faraday o Zeeman effect, bagaman ang mga pamamaraang ito ay karaniwang nangangailangan ng isang malakas na magnetic field at hindi makagawa ng microsource. Ang isa pang promising na diskarte ay batay sa isang geometric camera system na gumagamit ng isang artipisyal na magnetic field upang makabuo ng mga spin-split na estado ng mga photon sa momentum space.
Sa kasamaang palad, ang mga nakaraang obserbasyon ng mga estado ng spin split ay lubos na umasa sa mga mode ng pagpapalaganap ng mababang-mass factor, na nagpapataw ng masamang mga hadlang sa spatial at temporal na pagkakaugnay ng mga mapagkukunan. Ang diskarte na ito ay nahahadlangan din ng spin-controlled na kalikasan ng blocky laser-gain na materyales, na hindi o hindi madaling magamit upang aktibong kontrolin.ilaw na pinagmumulan, lalo na sa kawalan ng mga magnetic field sa temperatura ng silid.
Upang makamit ang high-Q spin-splitting states, ang mga mananaliksik ay gumawa ng photonic spin lattices na may iba't ibang symmetries, kabilang ang isang core na may inversion asymmetry at isang inversion symmetric envelope na isinama sa isang WS2 single layer, upang makagawa ng laterally constrained spin valleys. Ang pangunahing inverse asymmetric na sala-sala na ginamit ng mga mananaliksik ay may dalawang mahalagang katangian.
Ang nakokontrol na spin-dependent reciprocal lattice vector na dulot ng geometric phase space variation ng heterogenous anisotropic nanoporous na binubuo ng mga ito. Hinahati ng vector na ito ang spin degradation band sa dalawang spin-polarized na sanga sa momentum space, na kilala bilang photonic Rushberg effect.
Ang isang pares ng mataas na Q symmetric (quasi) bound states sa continuum, katulad ng ±K(Brillouin band Angle) photon spin valleys sa gilid ng spin splitting branches, ay bumubuo ng magkakaugnay na superposisyon ng pantay na amplitude.
Sinabi ni Propesor Koren: "Ginamit namin ang WS2 monolides bilang gain material dahil ang direktang band-gap transition metal disulfide na ito ay may natatanging valley pseudo-spin at malawak na pinag-aralan bilang alternatibong carrier ng impormasyon sa mga electron ng lambak. Sa partikular, ang kanilang ±K 'valley excitons (na nagniningning sa anyo ng planar spin-polarized dipole emitters) ay maaaring piliing ma-excite ng spin-polarized na ilaw ayon sa mga panuntunan sa pagpili ng paghahambing ng lambak, kaya aktibong kinokontrol ang isang magnetically free spin.optical source.
Sa isang single-layer integrated spin valley microcavity, ang ±K 'valley excitons ay pinagsama sa ±K spin valley state sa pamamagitan ng polarization matching, at ang spin exciton laser sa room temperature ay napagtanto sa pamamagitan ng malakas na light feedback. Kasabay nito, anglaserAng mekanismo ay nagtutulak sa unang phase-independent na ±K 'valley excitons upang mahanap ang pinakamababang pagkawala ng estado ng system at muling itatag ang lock-in correlation batay sa geometric phase sa tapat ng ±K spin valley.
Ang pagkakaugnay-ugnay ng lambak na hinihimok ng mekanismo ng laser na ito ay nag-aalis ng pangangailangan para sa mababang temperatura na pagsugpo ng pasulput-sulpot na pagkalat. Bilang karagdagan, ang pinakamababang estado ng pagkawala ng Rashba monolayer laser ay maaaring i-modulate ng linear (circular) pump polarization, na nagbibigay ng paraan upang makontrol ang laser intensity at spatial coherence.
Ipinaliwanag ni Propesor Hasman: “Ang isiniwalatphotonicspin valley Rashba effect ay nagbibigay ng pangkalahatang mekanismo para sa pagbuo ng surface-emitting spin optical sources. Ang pagkakaugnay ng lambak na ipinakita sa isang solong-layer na pinagsama-samang spin valley microcavity ay nagdudulot sa atin ng isang hakbang na mas malapit sa pagkamit ng quantum information entanglement sa pagitan ng ± K 'valley excitons sa pamamagitan ng qubits.
Sa mahabang panahon, ang aming koponan ay gumagawa ng spin optics, gamit ang photon spin bilang isang epektibong tool para sa pagkontrol sa gawi ng mga electromagnetic wave. Noong 2018, naiintriga sa valley pseudo-spin sa mga two-dimensional na materyales, sinimulan namin ang isang pangmatagalang proyekto upang siyasatin ang aktibong kontrol ng atomic-scale spin optical sources sa kawalan ng mga magnetic field. Ginagamit namin ang non-local na Berry phase defect na modelo upang malutas ang problema sa pagkuha ng magkakaugnay na geometric na yugto mula sa iisang lambak na exciton.
Gayunpaman, dahil sa kakulangan ng isang malakas na mekanismo ng pag-synchronize sa pagitan ng mga exciton, ang pangunahing magkakaugnay na superposisyon ng maraming mga exciton ng lambak sa Rashuba single-layer light source na nakamit ay nananatiling hindi nalutas. Ang problemang ito ay nagbibigay inspirasyon sa amin na isipin ang tungkol sa modelo ng Rashuba ng matataas na Q photon. Pagkatapos ng pagbabago ng mga bagong pisikal na pamamaraan, ipinatupad namin ang Rashuba single-layer laser na inilarawan sa papel na ito.
Ang tagumpay na ito ay nagbibigay daan para sa pag-aaral ng magkakaugnay na spin correlation phenomena sa classical at quantum field, at nagbubukas ng bagong paraan para sa pangunahing pananaliksik at paggamit ng spintronic at photonic optoelectronic na mga device.