Isang bagong mundo ng mga aparatong optoelektroniko

Isang bagong mundo ngmga aparatong optoelektroniko

Ang mga mananaliksik sa Technion-Israel Institute of Technology ay nakabuo ng isang magkakaugnay na kontroladong pag-ikotoptikal na laserbatay sa isang atomic layer. Ang pagtuklas na ito ay naging posible sa pamamagitan ng isang magkakaugnay na spin-dependent na interaksyon sa pagitan ng isang atomic layer at isang horizontally constrained photonic spin lattice, na sumusuporta sa isang high-Q spin valley sa pamamagitan ng Rashaba-type spin splitting ng mga photon ng mga bound states sa continuum.
Ang resulta, na inilathala sa Nature Materials at itinampok sa maikling pananaliksik nito, ay nagbubukas ng daan para sa pag-aaral ng magkakaugnay na mga penomenong nauugnay sa spin sa klasikal atmga sistemang kwantum, at nagbubukas ng mga bagong landas para sa pundamental na pananaliksik at mga aplikasyon ng electron at photon spin sa mga optoelectronic device. Pinagsasama ng spin optical source ang photon mode sa electron transition, na nagbibigay ng isang paraan para sa pag-aaral ng spin information exchange sa pagitan ng mga electron at photon at pagbuo ng mga advanced na optoelectronic device.

Ang mga spin valley optical microcavity ay binubuo sa pamamagitan ng pag-uugnay ng mga photonic spin lattice na may inversion asymmetry (yellow core region) at inversion symmetry (cyan cladding region).
Upang mabuo ang mga pinagmumulan na ito, ang isang kinakailangan ay ang pag-aalis ng spin degeneracy sa pagitan ng dalawang magkasalungat na spin states sa bahagi ng photon o electron. Karaniwan itong nakakamit sa pamamagitan ng paglalapat ng magnetic field sa ilalim ng Faraday o Zeeman effect, bagama't ang mga pamamaraang ito ay karaniwang nangangailangan ng isang malakas na magnetic field at hindi maaaring makagawa ng isang 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 spin-split states ng mga photon sa momentum space.
Sa kasamaang palad, ang mga nakaraang obserbasyon sa mga spin split states ay lubos na umasa sa mga low-mass factor propagation mode, na nagpapataw ng masamang mga limitasyon sa spatial at temporal coherence ng mga source. Ang pamamaraang ito ay nahahadlangan din ng spin-controlled na katangian ng mga blocky laser-gain material, na hindi maaaring o hindi madaling magamit upang aktibong kontrolin.mga pinagmumulan ng liwanag, lalo na sa kawalan ng mga magnetic field sa temperatura ng silid.
Upang makamit ang mga high-Q spin-splitting states, bumuo ang mga mananaliksik ng mga photonic spin lattice na may iba't ibang simetriya, kabilang ang isang core na may inversion asymmetry at isang inversion symmetric envelope na isinama sa isang WS2 single layer, upang makagawa ng mga laterally constrained spin valley. Ang pangunahing inverse asymmetric lattice na ginamit ng mga mananaliksik ay may dalawang mahahalagang katangian.
Ang kontroladong spin-dependent reciprocal lattice vector na dulot ng geometric phase space variation ng heterogeneous anisotropic nanoporous na binubuo ng mga ito. Hinahati ng vector na ito ang spin degradation band sa dalawang spin-polarized branch sa momentum space, na kilala bilang photonic Rushberg effect.
Ang isang pares ng mataas na Q simetriko (mala-quasi) na mga estado sa continuum, katulad ng ±K(Brillouin band Angle) photon spin valleys sa gilid ng mga sanga ng spin splitting, ay bumubuo ng isang magkakaugnay na superposisyon ng pantay na amplitude.
Sinabi ni Propesor Koren: “Ginamit namin ang mga WS2 monolide bilang gain material dahil ang direct band-gap transition metal disulfide na ito ay may kakaibang valley pseudo-spin at malawakang pinag-aralan bilang alternatibong information carrier sa mga valley electron. Sa partikular, ang kanilang ±K 'valley excitons (na naglalabas sa anyo ng planar spin-polarized dipole emitters) ay maaaring piliing ma-excite ng spin-polarized light ayon sa valley comparison selection rules, kaya aktibong kinokontrol ang isang magnetically free spin.”pinagmumulan ng optika.
Sa isang single-layer integrated spin valley microcavity, ang ±K 'valley excitons ay nakakabit sa ±K spin valley state sa pamamagitan ng polarization matching, at ang spin exciton laser sa temperatura ng silid ay natutupad sa pamamagitan ng malakas na feedback ng liwanag. Kasabay nito, anglaserAng mekanismong ito ang nagtutulak sa mga unang phase-independent na ±K 'valley excitons upang mahanap ang minimum loss state ng sistema at muling itatag ang lock-in correlation batay sa geometric phase sa tapat ng ±K spin valley.
Ang valley coherence na pinapagana ng mekanismong laser na ito ay nag-aalis ng pangangailangan para sa mababang temperaturang pagsugpo sa paulit-ulit na scattering. Bukod pa rito, ang minimum loss state ng Rashba monolayer laser ay maaaring i-modulate sa pamamagitan ng linear (circular) pump polarization, na nagbibigay ng paraan upang makontrol ang intensity ng laser at spatial coherence.
Paliwanag ni Propesor Hasman: “Ang nabunyagpotonikoAng spin valley Rashba effect ay nagbibigay ng pangkalahatang mekanismo para sa pagbuo ng mga surface-emitting spin optical source. Ang valley coherence na ipinakita sa isang single-layer integrated spin valley microcavity ay nagdadala sa atin ng isang hakbang na mas malapit sa pagkamit ng quantum information entanglement sa pagitan ng ±K 'valley excitons sa pamamagitan ng mga qubit.
Sa loob ng mahabang panahon, ang aming pangkat ay bumubuo ng spin optics, gamit ang photon spin bilang isang epektibong kasangkapan para sa pagkontrol sa pag-uugali ng mga electromagnetic wave. Noong 2018, dahil sa interes sa valley pseudo-spin sa mga two-dimensional na materyales, sinimulan namin ang isang pangmatagalang proyekto upang siyasatin ang aktibong kontrol ng mga atomic-scale spin optical sources nang walang magnetic fields. Ginagamit namin ang non-local Berry phase defect model upang malutas ang problema ng pagkuha ng coherent geometric phase mula sa isang valley exciton.
Gayunpaman, dahil sa kakulangan ng isang malakas na mekanismo ng pag-synchronize sa pagitan ng mga exciton, ang nakamit na pangunahing magkakaugnay na superposisyon ng maraming valley exciton sa Rashuba single-layer light source ay nananatiling hindi nalutas. Ang problemang ito ay nagbibigay-inspirasyon sa amin na isipin ang modelo ng Rashuba ng mga high Q photon. Matapos makabago ng mga bagong pisikal na pamamaraan, ipinatupad namin ang Rashuba single-layer laser na inilarawan sa papel na ito.
Ang tagumpay na ito ay nagbubukas ng daan para sa pag-aaral ng mga penomenong magkakaugnay na spin correlation sa mga klasikal at quantum na larangan, at nagbubukas ng isang bagong paraan para sa pangunahing pananaliksik at paggamit ng mga spintronic at photonic optoelectronic device.