Новы свет оптаэлектронных прылад

Новы светоптаэлектронныя прылады

Даследчыкі з Ізраільскага тэхналагічнага інстытута Тэхніён распрацавалі кагерэнтна кіраванае кручэннеаптычны лазерна аснове аднаго атамнага слоя. Гэта адкрыццё стала магчымым дзякуючы кагерэнтнаму спін-залежнаму ўзаемадзеянню паміж адным атамным слоем і гарызантальна абмежаванай фатоннай спінавай рашоткай, якая падтрымлівае спінавую даліну з высокім Q праз спінавае расшчапленне фатонаў звязаных станаў у кантынууме па тыпу Рашабы.
Вынік, апублікаваны ў часопісе Nature Materials і адзначаны ў тэхнічным апісанні даследавання, адкрывае шлях для вывучэння кагерэнтных спінавых з'яў у класічных іквантавыя сістэмы, і адкрывае новыя магчымасці для фундаментальных даследаванняў і прымянення спіна электронаў і фатонаў у оптаэлектронных прыладах. Спінавая аптычная крыніца спалучае фатонны рэжым з электронным пераходам, што забяспечвае метад вывучэння абмену спінавай інфармацыяй паміж электронамі і фатонамі і распрацоўкі перадавых оптаэлектронных прылад.

Аптычныя мікрарэзанатары спінавых далін ствараюцца шляхам злучэння фатонных спінавых рашотак з інверсійнай асіметрыяй (жоўтая асноўная вобласць) і інверсійнай сіметрыяй (блакітная вобласць абалонкі).
Для стварэння такіх крыніц неабходна ліквідаваць спінавае выраджэнне паміж двума процілеглымі спінавымі станамі ў фатоннай або электроннай частцы. Звычайна гэта дасягаецца шляхам прымянення магнітнага поля пад уздзеяннем эфекту Фарадэя або Зеемана, хоць гэтыя метады звычайна патрабуюць моцнага магнітнага поля і не могуць стварыць мікракрыніцу. Іншы перспектыўны падыход заснаваны на геаметрычнай сістэме камеры, якая выкарыстоўвае штучнае магнітнае поле для генерацыі спін-расшчэпленых станаў фатонаў у імпульснай прасторы.
На жаль, папярэднія назіранні станаў спін-расшчэплення ў значнай ступені абапіраліся на рэжымы распаўсюджвання з нізкім фактарам масы, якія накладваюць неспрыяльныя абмежаванні на прасторавую і часавую кагерэнтнасць крыніц. Гэты падыход таксама абцяжарваецца спін-кіраванай прыродай блокавых матэрыялаў з лазерным узмацненнем, якія нельга або нельга лёгка выкарыстоўваць для актыўнага кіравання.крыніцы святла, асабліва пры адсутнасці магнітных палёў пры пакаёвай тэмпературы.
Каб дасягнуць станаў расшчаплення спіна з высокім Q, даследчыкі пабудавалі фатонныя спінавыя рашоткі з рознай сіметрыяй, у тым ліку ядро ​​з інверсійнай асіметрыяй і інверсійную сіметрычную абалонку, інтэграваную з адзіночным пластом WS2, для стварэння латэральна абмежаваных спінавых далін. Базавая адваротная асіметрычная рашотка, якую выкарыстоўвалі даследчыкі, мае дзве важныя ўласцівасці.
Кіраваны спін-залежны вектар узаемнай рашоткі, выкліканы зменай геаметрычнай фазавай прасторы гетэрагенных анізатропных нанапорыстых матэрыялаў, якія з іх складаюцца. Гэты вектар расшчапляе паласу дэградацыі спіна на дзве спін-палярызаваныя галіны ў імпульснай прасторы, вядомай як фатонны эфект Рушберга.
Пара высокасіметрычных (квазі) звязаных станаў у кантынууме, а менавіта ±K (кут паласы Брылюэна) фатонных спінавых далін на краі галін расшчаплення спіна, утвараюць кагерэнтную суперпазіцыю аднолькавых амплітуд.
Прафесар Корэн адзначыў: «Мы выкарысталі маналіды WS2 у якасці ўзмацняльнага матэрыялу, таму што гэты дысульфід пераходнага металу з прамой забароненай зонай мае унікальны псеўдаспін даліны і быў шырока вывучаны як альтэрнатыўны носьбіт інфармацыі ў электронах даліны. У прыватнасці, іх эксітоны даліны ±K' (якія выпраменьваюць у выглядзе планарных спін-палярызаваных дыпольных эмітараў) могуць выбарачна ўзбуджацца спін-палярызаваным святлом у адпаведнасці з правіламі адбору параўнання даліны, тым самым актыўна кіруючы магнітна свабодным спінам».аптычная крыніца.
У аднаслаёвай інтэграванай мікрарэзанатары са спінавай далінай эксітоны даліны ±K' звязаны са станам спінавай даліны ±K шляхам палярызацыйнага ўзгаднення, а спінавы эксітоны лазер пры пакаёвай тэмпературы рэалізуецца за кошт моцнай светлавой зваротнай сувязі. У той жа час,лазерМеханізм прыводзіць у рух першапачаткова незалежныя ад фазы эксітоны даліны ±K', каб знайсці стан мінімальных страт у сістэме і аднавіць карэляцыю блакавання на аснове геаметрычнай фазы, процілеглай даліне спіна ±K.
Кагерэнтнасць даліны, якая абумоўлена гэтым лазерным механізмам, выключае неабходнасць падаўлення перарывістага рассейвання пры нізкіх тэмпературах. Акрамя таго, стан мінімальных страт монаслаёвага лазера Rashba можа быць мадуляваны лінейнай (цыркулярнай) палярызацыяй накачкі, што забяспечвае спосаб кіравання інтэнсіўнасцю лазера і прасторавай кагерэнтнасцю.
Прафесар Хасман тлумачыць: «АдкрыццёфатонныЭфект Рашбы ў спінавай даліне забяспечвае агульны механізм для пабудовы паверхнева-выпраменьвальных спінавых аптычных крыніц. Кагерэнтнасць даліны, прадэманстраваная ў аднаслаёвай інтэграванай мікрарэзанаторнай вобласці са спінавай далінай, набліжае нас на адзін крок да дасягнення квантавай інфармацыйнай заблытанасці паміж эксітонамі даліны ±K' праз кубіты.
Наша каманда доўгі час распрацоўвала спін-оптыку, выкарыстоўваючы спін фатонаў як эфектыўны інструмент для кіравання паводзінамі электрамагнітных хваль. У 2018 годзе, зацікавіўшыся псеўдаспінам даліны ў двухмерных матэрыялах, мы пачалі доўгатэрміновы праект па даследаванні актыўнага кіравання спінавымі аптычнымі крыніцамі атамнага маштабу ў адсутнасць магнітных палёў. Мы выкарыстоўваем нелакальную мадэль фазавага дэфекту Бэры для вырашэння праблемы атрымання кагерэнтнай геаметрычнай фазы з аднаго эксітона даліны.
Аднак з-за адсутнасці моцнага механізму сінхранізацыі паміж эксітонамі, фундаментальная кагерэнтная суперпазіцыя некалькіх далінных эксітонаў у аднаслаёвай крыніцы святла Рашуба застаецца нявырашанай. Гэтая праблема натхняе нас задумацца пра мадэль Рашуба фатонаў з высокай добрасцю. Пасля распрацоўкі новых фізічных метадаў мы рэалізавалі аднаслаёвы лазер Рашуба, апісаны ў гэтай працы.
Гэта дасягненне адкрывае шлях для вывучэння з'яў кагерэнтнай спінавай карэляцыі ў класічных і квантавых палях, а таксама новы шлях для фундаментальных даследаванняў і выкарыстання спінтронных і фатонных оптаэлектронных прылад.