Новый мир оптоэлектронных приборов

Новый мироптоэлектронные приборы

Исследователи из Израильского технологического института «Технион» разработали когерентно управляемую спиновуюоптический лазерна основе одного атомного слоя. Это открытие стало возможным благодаря когерентному спин-зависимому взаимодействию между одним атомным слоем и горизонтально ограниченной фотонной спиновой решеткой, которая поддерживает высокодобротную спиновую долину посредством спинового расщепления типа Рашабы фотонов связанных состояний в континууме.
Результат, опубликованный в журнале Nature Materials и изложенный в кратком исследовательском обзоре, прокладывает путь к изучению когерентных спиновых явлений в классической иквантовые системы, и открывает новые возможности для фундаментальных исследований и приложений электронного и фотонного спина в оптоэлектронных устройствах. Спиновый оптический источник объединяет фотонную моду с электронным переходом, что обеспечивает метод изучения обмена спиновой информацией между электронами и фотонами и разработки передовых оптоэлектронных устройств.

Оптические микрорезонаторы спиновой долины построены путем сопряжения фотонных спиновых решеток с инверсионной асимметрией (желтая область ядра) и инверсионной симметрией (голубая область оболочки).
Для создания этих источников предварительным условием является устранение спинового вырождения между двумя противоположными спиновыми состояниями в фотонной или электронной части. Обычно это достигается путем применения магнитного поля под действием эффекта Фарадея или Зеемана, хотя эти методы обычно требуют сильного магнитного поля и не могут создать микроисточник. Другой многообещающий подход основан на геометрической системе камеры, которая использует искусственное магнитное поле для генерации спин-расщепленных состояний фотонов в импульсном пространстве.
К сожалению, предыдущие наблюдения спиновых расщепленных состояний в значительной степени опирались на моды распространения с низким массовым фактором, которые накладывают неблагоприятные ограничения на пространственную и временную когерентность источников. Этот подход также затруднен спин-контролируемой природой блочных лазерных материалов усиления, которые не могут или не могут быть легко использованы для активного управленияисточники света, особенно в отсутствие магнитных полей при комнатной температуре.
Для достижения состояний спинового расщепления с высокой добротностью исследователи сконструировали фотонные спиновые решетки с различными симметриями, включая ядро ​​с инверсионной асимметрией и инверсионно-симметричную оболочку, интегрированную с одним слоем WS2, для создания латерально ограниченных спиновых долин. Базовая инверсная асимметричная решетка, используемая исследователями, имеет два важных свойства.
Управляемый спин-зависимый вектор обратной решетки, вызванный геометрическим изменением фазового пространства гетерогенной анизотропной нанопоры, составленной из них. Этот вектор расщепляет полосу спиновой деградации на две спин-поляризованные ветви в импульсном пространстве, известные как фотонный эффект Рашберга.
Пара симметричных (квази)связанных состояний с высокой добротностью в континууме, а именно спиновые долины фотонов ±K (угол зоны Бриллюэна) на краю ветвей спинового расщепления, образуют когерентную суперпозицию равных амплитуд.
Профессор Корен отметил: «Мы использовали монолиды WS2 в качестве материала усиления, поскольку этот дисульфид прямого перехода металла с запрещенной зоной имеет уникальный псевдоспин долины и был широко изучен как альтернативный носитель информации в электронах долины. В частности, их экситоны долины ±K (которые излучают в форме планарных спин-поляризованных дипольных излучателей) могут селективно возбуждаться спин-поляризованным светом в соответствии с правилами отбора сравнения долин, таким образом активно управляя магнитно-свободным спиномоптический источник.
В однослойной интегрированной микрорезонаторе спиновой долины экситоны ±K 'долины связаны с состоянием спиновой долины ±K согласованием поляризации, а лазер спинового экситона при комнатной температуре реализуется посредством сильной световой обратной связи. В то же время,лазерМеханизм заставляет изначально фазонезависимые экситоны ±K-долины находить состояние минимальных потерь системы и восстанавливать корреляцию захвата на основе геометрической фазы, противоположной спиновой долине ±K.
Когерентность долины, управляемая этим лазерным механизмом, устраняет необходимость в низкотемпературном подавлении прерывистого рассеяния. Кроме того, минимальное состояние потерь монослойного лазера Рашбы может модулироваться линейной (круговой) поляризацией накачки, что обеспечивает способ управления интенсивностью лазера и пространственной когерентностью».
Профессор Хасман объясняет: «ОткрытоефотонныйЭффект спиновой долины Рашбы обеспечивает общий механизм для построения поверхностно-излучающих спиновых оптических источников. Когерентность долины, продемонстрированная в однослойной интегрированной микрорезонаторе спиновой долины, приближает нас на один шаг к достижению квантовой информационной запутанности между экситонами ±K 'долины через кубиты.
Наша команда долгое время занималась разработкой спиновой оптики, используя спин фотона как эффективный инструмент для управления поведением электромагнитных волн. В 2018 году, заинтригованные псевдоспином долины в двумерных материалах, мы начали долгосрочный проект по исследованию активного управления источниками оптического спина атомного масштаба в отсутствие магнитных полей. Мы используем нелокальную модель дефекта фазы Берри для решения проблемы получения когерентной геометрической фазы из одного экситона долины.
Однако из-за отсутствия сильного механизма синхронизации между экситонами фундаментальная когерентная суперпозиция множественных долинных экситонов в однослойном источнике света Рашуба, которая была достигнута, остается нерешенной. Эта проблема вдохновляет нас на размышления о модели Рашубы для высокодобротных фотонов. После внедрения новых физических методов мы реализовали однослойный лазер Рашуба, описанный в этой статье».
Это достижение прокладывает путь к изучению явлений когерентной спиновой корреляции в классических и квантовых полях и открывает новый путь для фундаментальных исследований и использования спинтронных и фотонных оптоэлектронных устройств.