Новый мироптоэлектронные устройства
Исследователи из Техниона (Израильского технологического института) разработали метод когерентного управления вращением.оптический 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 спиновую долину с высоким значением добротности (Q) за счет расщепления спина типа Рашабы фотонов связанных состояний в континууме.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Materials и отмеченные в его обзоре исследований, открывают путь для изучения когерентных явлений, связанных со спином, в классической и классической физике.квантовые системыЭто открывает новые возможности для фундаментальных исследований и применения спинов электронов и фотонов в оптоэлектронных устройствах. Спиновый оптический источник сочетает в себе фотонный режим с электронным переходом, что обеспечивает метод изучения обмена спиновой информацией между электронами и фотонами и разработки передовых оптоэлектронных устройств.
Оптические микрорезонаторы со спиновыми долинами создаются путем сопряжения фотонных спиновых решеток с инверсионной асимметрией (желтая область ядра) и инверсионной симметрией (голубая область оболочки).
Для создания таких источников необходимым условием является устранение спинового вырождения между двумя противоположными спиновыми состояниями в фотонной или электронной части. Обычно это достигается путем приложения магнитного поля под действием эффекта Фарадея или Зеемана, хотя эти методы, как правило, требуют сильного магнитного поля и не позволяют создать микроисточник. Другой перспективный подход основан на геометрической системе камер, которая использует искусственное магнитное поле для генерации спин-расщепленных состояний фотонов в пространстве импульсов.
К сожалению, предыдущие наблюдения расщепленных по спину состояний в значительной степени основывались на модах распространения с низким массовым фактором, что накладывает неблагоприятные ограничения на пространственную и временную когерентность источников. Этот подход также затруднен спин-контролируемой природой блочных материалов, усиливающих лазерное излучение, которые не могут или не могут быть легко использованы для активного управления.источники светаособенно в отсутствие магнитных полей при комнатной температуре.
Для достижения состояний с высоким значением добротности и расщеплением спина исследователи сконструировали фотонные спиновые решетки с различной симметрией, включая ядро с инверсионной асимметрией и инверсионно-симметричную оболочку, интегрированную с однослойным WS2, для создания ограниченных в боковом направлении спиновых долин. Базовая инверсионно-асимметричная решетка, использованная исследователями, обладает двумя важными свойствами.
Управляемый спин-зависимый вектор обратной решетки, обусловленный изменением геометрического фазового пространства гетерогенного анизотропного нанопористого материала, состоящего из них. Этот вектор расщепляет полосу деградации спина на две спин-поляризованные ветви в пространстве импульсов, известные как фотонный эффект Рашберга.
Пара симметричных (квази) связанных состояний с высоким значением Q в континууме, а именно фотонные спиновые долины ±K (угол полосы Бриллюэна) на краю ветвей спинового расщепления, образуют когерентную суперпозицию равных амплитуд.
Профессор Корен отметил: «Мы использовали монолиды WS2 в качестве усиливающего материала, потому что этот дисульфид переходного металла с прямой запрещенной зоной обладает уникальным псевдоспином долин и широко изучался как альтернативный носитель информации в долинных электронах. В частности, их ±K'-долинные экситоны (которые излучают в виде планарных спин-поляризованных дипольных излучателей) могут быть избирательно возбуждены спин-поляризованным светом в соответствии с правилами отбора по сравнению долин, таким образом активно управляя магнитно свободным спином».оптический источник.
В однослойной интегрированной микрорезонаторе со спиновыми долинами экситоны ±K-долины связаны с состоянием ±K-спиновой долины посредством согласования поляризации, а лазер на спиновых экситонах при комнатной температуре реализуется за счет сильной световой обратной связи. Одновременно с этим,лазерЭтот механизм заставляет изначально независимые по фазе экситоны ±K-долины находить состояние минимальных потерь в системе и восстанавливать корреляцию синхронизации на основе геометрической фазы, противоположной спиновой долине ±K.
Когерентность в долинах, обеспечиваемая этим лазерным механизмом, устраняет необходимость в низкотемпературном подавлении прерывистого рассеяния. Кроме того, состояние минимальных потерь лазера на основе монослоя Рашбы может модулироваться линейной (круговой) поляризацией накачки, что обеспечивает способ управления интенсивностью лазерного излучения и пространственной когерентностью.
Профессор Хасман объясняет: «ОткрытоефотоннаяЭффект Рашбы, обусловленный спиновой долиной, предоставляет общий механизм для создания поверхностно-излучающих спиновых оптических источников. Долинная когерентность, продемонстрированная в однослойной интегрированной микрорезонаторе со спиновой долиной, приближает нас на один шаг к достижению квантовой информационной запутанности между ±K'-долинными экситонами посредством кубитов.
Наша команда долгое время занималась разработкой спиновой оптики, используя спин фотонов в качестве эффективного инструмента для управления поведением электромагнитных волн. В 2018 году, заинтригованные псевдоспином долин в двумерных материалах, мы начали долгосрочный проект по исследованию активного управления спиновыми оптическими источниками атомного масштаба в отсутствие магнитных полей. Мы используем модель нелокального дефекта фазы Берри для решения проблемы получения когерентной геометрической фазы из одного экситона долины.
Однако из-за отсутствия надежного механизма синхронизации между экситонами фундаментальная когерентная суперпозиция множественных долинных экситонов в однослойном источнике света Рашубы остается нерешенной. Эта проблема вдохновляет нас на размышления о модели Рашубы для фотонов с высокой добротностью. После внедрения новых физических методов мы реализовали однослойный лазер Рашубы, описанный в данной статье.
Это достижение открывает путь для изучения явлений когерентной спиновой корреляции в классических и квантовых полях, а также создает новые возможности для фундаментальных исследований и применения спинтронных и фотонных оптоэлектронных устройств.
Дата публикации: 12 марта 2024 г.