Новый мир оптоэлектронных устройств

Новый мироптоэлектронные устройства

Исследователи из Израильского технологического института Технион разработали когерентно управляемое вращение.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 высокой добротностью за счет спинового расщепления фотонов связанных состояний в континууме типа Рашабы.
Результат, опубликованный в журнале Nature Materials и освещенный в обзоре исследования, открывает путь к изучению когерентных явлений, связанных со спином, в классических иквантовые системыи открывает новые возможности для фундаментальных исследований и применения спина электронов и фотонов в оптоэлектронных устройствах.Спиновый оптический источник сочетает фотонную моду с электронным переходом, что обеспечивает метод исследования обмена спиновой информацией между электронами и фотонами и разработки перспективных оптоэлектронных устройств.

Оптические микрорезонаторы спиновой долины создаются путем сопряжения фотонных спиновых решеток с инверсионной асимметрией (область желтого ядра) и инверсионной симметрией (область голубой оболочки).
Для создания таких источников необходимым условием является устранение спинового вырождения между двумя противоположными спиновыми состояниями в фотонной или электронной части.Обычно этого достигают применением магнитного поля с эффектом Фарадея или Зеемана, хотя эти методы обычно требуют сильного магнитного поля и не могут создать микроисточник.Другой многообещающий подход основан на системе геометрических камер, которая использует искусственное магнитное поле для генерации состояний фотонов с расщеплением спина в импульсном пространстве.
К сожалению, предыдущие наблюдения состояний спинового расщепления в значительной степени полагались на моды распространения с малым фактором массы, которые накладывают неблагоприятные ограничения на пространственную и временную когерентность источников.Этот подход также затрудняется управляемой вращением природой блочных материалов с лазерным усилением, которые нельзя или невозможно легко использовать для активного управленияисточники света, особенно в отсутствие магнитных полей при комнатной температуре.
Чтобы достичь состояний спинового расщепления с высокой добротностью, исследователи построили фотонные спиновые решетки с различной симметрией, включая ядро ​​с инверсионной асимметрией и инверсионно-симметричную оболочку, интегрированную с одиночным слоем WS2, для создания латерально ограниченных спиновых долин.Базовая обратная асимметричная решетка, используемая исследователями, имеет два важных свойства.
Управляемый спин-зависимый вектор обратной решетки, вызванный изменением геометрического фазового пространства гетерогенных анизотропных нанопор, состоящих из них.Этот вектор разделяет полосу деградации спина на две спин-поляризованные ветви в пространстве импульсов, известные как фотонный эффект Рашберга.
Пара симметричных (квази) связанных состояний с высоким Q в континууме, а именно ±K (угол полосы Бриллюэна) фотонных долин 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 имеет уникальный псевдоспин долины и широко изучался в качестве альтернативного носителя информации в электронах долины.В частности, их экситоны с долинами ±K' (которые излучают в виде плоских спин-поляризованных дипольных излучателей) могут избирательно возбуждаться спин-поляризованным светом в соответствии с правилами выбора сравнения долин, тем самым активно контролируя магнитно свободный спин.оптический источник.
В однослойном интегрированном микрорезонаторе со спиновой долиной экситоны ±K 'связаны с состоянием спиновой долины ±K посредством согласования поляризации, а спин-экситонный лазер при комнатной температуре реализуется за счет сильной световой обратной связи.В то же время,лазерМеханизм заставляет изначально независимые от фазы экситоны ±K' долины находить состояние с минимальными потерями в системе и восстанавливать синхронную корреляцию на основе геометрической фазы, противоположной спиновой долине ±K.
Когерентность долины, обусловленная этим лазерным механизмом, устраняет необходимость низкотемпературного подавления прерывистого рассеяния.Кроме того, состояние минимальных потерь монослойного лазера Рашбы можно модулировать с помощью линейной (круговой) поляризации накачки, что дает возможность контролировать интенсивность лазера и пространственную когерентность».
Профессор Хасман объясняет: «РаскрытоефотонныйЭффект Рашбы в спиновой долине обеспечивает общий механизм создания источников спиновой оптики с поверхностной эмиссией.Когерентность долины, продемонстрированная в однослойном интегрированном микрорезонаторе спиновой долины, приближает нас на один шаг к достижению квантовой информационной запутанности между экситонами долины ±K 'через кубиты.
Наша команда уже долгое время занимается разработкой спиновой оптики, используя спин фотонов как эффективный инструмент управления поведением электромагнитных волн.В 2018 году, заинтригованные псевдоспином долины в двумерных материалах, мы начали долгосрочный проект по исследованию активного управления спиновыми оптическими источниками атомного масштаба в отсутствие магнитных полей.Мы используем нелокальную модель фазового дефекта Берри для решения проблемы получения когерентной геометрической фазы из одного экситона долины.
Однако из-за отсутствия сильного механизма синхронизации между экситонами достигнутая фундаментальная когерентная суперпозиция множественных экситонов долины в однослойном источнике света Рашубы остается нерешенной.Эта проблема заставляет нас задуматься о модели Рашубы фотонов с высокой добротностью.После внедрения новых физических методов мы реализовали однослойный лазер Рашуба, описанный в этой статье».
Это достижение открывает путь к изучению явлений когерентной спиновой корреляции в классических и квантовых полях, а также открывает новый путь для фундаментальных исследований и использования устройств спинтроники и фотонной оптоэлектроники.