Новы свет оптаэлектронных прылад

Новы светоптыка-электронныя прылады

Даследчыкі Тэхніён-Ізраільскага тэхналагічнага інстытута распрацавалі кагерэнтна кіраванае кручэннеаптычны лазерна аснове аднаго атамнага пласта. Гэта адкрыццё стала магчымым дзякуючы кагерэнтнаму залежнаму ад спіна ўзаемадзеянню паміж адным атамным пластом і гарызантальна абмежаванай фатоннай спінавай рашоткай, якая падтрымлівае спінавую даліну з высокім Q праз спінавае расшчапленне тыпу Рашаба фатонаў звязаных станаў у кантынууме.
Вынік, апублікаваны ў Nature Materials і асветлены ў справаздачы аб даследаванні, адкрывае шлях для вывучэння кагерэнтных з'яў, звязаных са спінам, у класічных іквантавыя сістэмы, і адкрывае новыя магчымасці для фундаментальных даследаванняў і прымянення спіна электронаў і фатонаў у оптаэлектронных прыладах. Спінавая аптычная крыніца спалучае рэжым фатона з пераходам электрона, што забяспечвае метад вывучэння абмену інфармацыяй аб спіне паміж электронамі і фатонамі і распрацоўкі перадавых оптаэлектронных прылад.

Аптычныя мікраполасці спінавай даліны пабудаваны шляхам спалучэння фатонных спінавых рашотак з інверсійнай асіметрыяй (жоўтая вобласць ядра) і інверсійнай сіметрыяй (блакітная вобласць абалонкі).
Каб пабудаваць гэтыя крыніцы, абавязковай умовай з'яўляецца ліквідацыя спінавага выраджэння паміж двума супрацьлеглымі спінавымі станамі ў фатоннай або электроннай частцы. Звычайна гэта дасягаецца прымяненнем магнітнага поля пад эфектам Фарадэя або Зеемана, хаця гэтыя метады звычайна патрабуюць моцнага магнітнага поля і не могуць стварыць мікракрыніцу. Іншы перспектыўны падыход заснаваны на сістэме геаметрычнай камеры, якая выкарыстоўвае штучнае магнітнае поле для стварэння спін-падзеленых станаў фатонаў у імпульснай прасторы.
На жаль, папярэднія назіранні за спінавымі расшчапленымі станамі ў значнай ступені абапіраліся на рэжымы распаўсюджвання з нізкім каэфіцыентам масы, якія накладваюць неспрыяльныя абмежаванні на прасторавую і часовую кагерэнтнасць крыніц. Гэтаму падыходу таксама перашкаджае прырода блокавых матэрыялаў з лазерным узмацненнем, якія кантралююцца кручэннем, якія не могуць або не могуць быць лёгка выкарыстаны для актыўнага кантролюкрыніцы святла, асабліва пры адсутнасці магнітных палёў пры пакаёвай тэмпературы.
Для дасягнення станаў расшчаплення спіна з высокім Q даследчыкі сканструявалі фатонныя спінавыя рашоткі з рознай сіметрыяй, у тым ліку ядро ​​з інверсійнай асіметрыяй і інверсійную сіметрычную абалонку, інтэграваную з адзінкавым пластом WS2, для атрымання бакавых абмежаваных спінавых далін. Асноўная зваротная асіметрычная рашотка, якую выкарыстоўваюць даследчыкі, мае дзве важныя ўласцівасці.
Кантраляваны спін-залежны вектар зваротнай рашоткі, выкліканы змяненнем геаметрычнай фазавай прасторы гетэрагеннай анізатропнай нанапоры, якая складаецца з іх. Гэты вектар разбівае паласу спінавай дэградацыі на дзве спін-палярызаваныя галіны ў імпульснай прасторы, вядомы як фатонны эфект Рашберга.
Пара сіметрычных (квазі) звязаных станаў з высокім Q у кантынууме, а менавіта спінавыя даліны фатонаў ±K (вугал зоны Брылюэна) на краі галін, якія расшчапляюць спін, утвараюць кагерэнтную суперпазіцыю аднолькавых амплітуд.
Прафесар Корэн адзначыў: «Мы выкарысталі маналіды WS2 у якасці ўзмацняльнага матэрыялу, таму што гэты дысульфід пераходнага металу з прамой зачыненай зонай мае унікальны псеўдаспін і быў шырока вывучаны ў якасці альтэрнатыўнага носьбіта інфармацыі ў электронах даліны. У прыватнасці, іх эксітоны даліны ±K (якія выпраменьваюць у выглядзе плоскіх спін-палярызаваных дыпольных выпраменьвальнікаў) могуць выбарачна ўзбуджацца спін-палярызаваным святлом у адпаведнасці з правіламі адбору параўнання даліны, такім чынам, актыўна кантралюючы магнітна свабодны спінаптычны крыніца.
У аднаслаёвай інтэграванай мікраполасці спінавай даліны эксітоны ±K 'даліны звязаны са станам спінавай даліны ±K шляхам палярызацыйнага супадзення, а спінавы эксітонны лазер пры пакаёвай тэмпературы рэалізуецца з дапамогай моцнай светлавой зваротнай сувязі. У той жа час, стлазермеханізм кіруе першапачаткова незалежнымі ад фазы эксітонамі даліны ±K ', каб знайсці стан мінімальных страт у сістэме і аднавіць карэляцыю блакіроўкі на аснове геаметрычнай фазы, процілеглай даліне спіна ±K.
Кагерэнтнасць даліны, якая кіруецца гэтым лазерным механізмам, пазбаўляе ад неабходнасці нізкатэмпературнага падаўлення перыядычнага рассейвання. Акрамя таго, стан мінімальных страт аднаслойнага лазера Rashba можа быць мадуляваны лінейнай (кругавой) палярызацыяй накачкі, што забяспечвае спосаб кіравання інтэнсіўнасцю лазера і прасторавай кагерэнтнасцю».
Прафесар Хасман тлумачыць: «ВыяўленаефатонныЭфект спінавай даліны Рашба забяспечвае агульны механізм для пабудовы спінавых аптычных крыніц павярхоўнага выпраменьвання. Кагерэнтнасць даліны, прадэманстраваная ў аднаслаёвай інтэграванай мікраполасці спінавай даліны, набліжае нас на адзін крок да дасягнення заблытанасці квантавай інфармацыі паміж эксітонамі ±K 'даліны праз кубіты.
На працягу доўгага часу наша каманда распрацоўвала спінавую оптыку, выкарыстоўваючы спін фатона як эфектыўны інструмент для кіравання паводзінамі электрамагнітных хваль. У 2018 годзе, заінтрыгаваныя псеўдаспінам даліны ў двухмерных матэрыялах, мы пачалі доўгатэрміновы праект па даследаванні актыўнага кіравання аптычнымі крыніцамі спіна ў атамным маштабе ў адсутнасць магнітных палёў. Мы выкарыстоўваем нелакальную мадэль дэфекту фазы 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 эксітонаў даліны ў аднаслаёвай крыніцы святла Рашубы застаецца нявырашанай. Гэтая праблема натхняе нас думаць пра мадэль Рашубы фатонаў з высокім Q. Пасля інавацыі новых фізічных метадаў мы ўкаранілі аднаслаёвы лазер Рашуба, апісаны ў гэтым артыкуле».
Гэта дасягненне адкрывае шлях для вывучэння з'яў кагерэнтнай спінавай карэляцыі ў класічных і квантавых палях і адкрывае новы шлях для фундаментальных даследаванняў і выкарыстання спінтронных і фатонных оптаэлектронных прылад.