Un novo mundo de dispositivos optoelectrónicos

Un novo mundo dedispositivos optoelectrónicos

Investigadores do Instituto Tecnolóxico Technion-Israel desenvolveron un xiro controlado de forma coherenteláser ópticobaseado nunha única capa atómica. Este descubrimento foi posible grazas a unha interacción coherente dependente do espín entre unha única capa atómica e unha rede de espín fotónica con restricións horizontais, que soporta un val de espín de alta Q a través da división de espín de tipo Rashaba de fotóns de estados ligados no continuo.
O resultado, publicado en Nature Materials e destacado no seu informe de investigación, abre o camiño para o estudo de fenómenos relacionados co espín coherente en física clásica esistemas cuánticose abre novas vías para a investigación fundamental e as aplicacións do espín de electróns e fotóns en dispositivos optoelectrónicos. A fonte óptica de espín combina o modo fotónico coa transición de electróns, o que proporciona un método para estudar o intercambio de información de espín entre electróns e fotóns e desenvolver dispositivos optoelectrónicos avanzados.

As microcavidades ópticas de val de espín constrúense mediante a interconexión de redes de espín fotónicas con asimetría de inversión (rexión do núcleo amarelo) e simetría de inversión (rexión do revestimento cian).
Para construír estas fontes, un requisito previo é eliminar a dexeneración de espín entre dous estados de espín opostos na parte do fotón ou do electrón. Isto adoita conseguirse aplicando un campo magnético baixo un efecto Faraday ou Zeeman, aínda que estes métodos adoitan requirir un campo magnético forte e non poden producir unha microfonte. Outra proposta prometedora baséase nun sistema de cámara xeométrica que usa un campo magnético artificial para xerar estados de espín dividido de fotóns no espazo de momento.
Desafortunadamente, as observacións previas de estados de división de espín baseáronse en gran medida en modos de propagación con baixo factor de masa, que impoñen restricións adversas á coherencia espacial e temporal das fontes. Esta estratexia tamén se ve dificultada pola natureza controlada por espín dos materiais de ganancia láser en bloque, que non se poden usar ou non se poden usar facilmente para controlar activamentefontes de luz, especialmente en ausencia de campos magnéticos a temperatura ambiente.
Para conseguir estados de división de espín de alta Q, os investigadores construíron redes de espín fotónicas con diferentes simetrías, incluíndo un núcleo con asimetría de inversión e unha envoltura simétrica de inversión integrada cunha única capa de WS2, para producir vales de espín lateralmente restrinxidos. A rede asimétrica inversa básica empregada polos investigadores ten dúas propiedades importantes.
O vector de rede recíproca controlable dependente do espín causado pola variación xeométrica do espazo de fase do nanoporoso anisotrópico heteroxéneo composto por eles. Este vector divide a banda de degradación do espín en dúas ramas polarizadas polo espín no espazo do momento, coñecido como efecto Rushberg fotónico.
Un par de estados ligados (cuasi) con simetría Q alta no continuo, concretamente vales de espín fotónicos ±K (ángulo da banda de Brillouin) no bordo das ramas de división de espín, forman unha superposición coherente de amplitudes iguais.
O profesor Koren sinalou: «Usamos os monólidos WS2 como material de ganancia porque este disulfuro de metal de transición con banda prohibida directa ten un pseudoespín de val único e foi estudado amplamente como portador de información alternativo en electróns de val. Especificamente, os seus excitóns de val ±K' (que irradian en forma de emisores dipolares de espín planos) poden ser excitados selectivamente por luz polarizada de espín segundo as regras de selección de comparación de vales, controlando así activamente un espín magneticamente libre».fonte óptica.
Nunha microcavidade de val de espín integrada dunha soa capa, os excitóns do val ±K están acoplados ao estado de val de espín ±K mediante a coincidencia de polarización, e o láser de excitón de espín á temperatura ambiente realízase mediante unha forte retroalimentación de luz. Ao mesmo tempo, oláserO mecanismo impulsa os excitóns do val ±K', inicialmente independentes da fase, para atopar o estado de perda mínima do sistema e restablecer a correlación de bloqueo baseada na fase xeométrica oposta ao val de espín ±K.
A coherencia do val impulsada por este mecanismo láser elimina a necesidade de suprimir a baixa temperatura a dispersión intermitente. Ademais, o estado de perda mínima do láser monocapa Rashba pode modularse mediante a polarización lineal (circular) da bomba, o que proporciona unha forma de controlar a intensidade do láser e a coherencia espacial.
O profesor Hasman explica: «O reveladofotónicoO efecto Rashba do val de espín proporciona un mecanismo xeral para a construción de fontes ópticas de espín emisoras na superficie. A coherencia do val demostrada nunha microcavidade de val de espín integrada dunha soa capa achéganos un paso máis a lograr o entrelazamento de información cuántica entre excitóns do val de ±K' a través de cúbits.
Durante moito tempo, o noso equipo leva desenvolvendo óptica de espín, empregando o espín fotónico como ferramenta eficaz para controlar o comportamento das ondas electromagnéticas. En 2018, intrigados polo pseudoespín de val en materiais bidimensionais, comezamos un proxecto a longo prazo para investigar o control activo de fontes ópticas de espín a escala atómica en ausencia de campos magnéticos. Empregamos o modelo de defecto de fase non local de Berry para resolver o problema de obter unha fase xeométrica coherente a partir dun único excitón de val.
Non obstante, debido á falta dun mecanismo de sincronización forte entre os excitóns, a superposición coherente fundamental de múltiples excitóns de val na fonte de luz dunha soa capa de Rashuba que se conseguiu segue sen resolverse. Este problema inspíranos a pensar no modelo de Rashuba de fotóns de alta Q. Despois de innovar novos métodos físicos, implementamos o láser dunha soa capa de Rashuba descrito neste artigo.
Este logro abre o camiño para o estudo dos fenómenos de correlación de espín coherente en campos clásico e cuántico, e abre un novo camiño para a investigación básica e o uso de dispositivos optoelectrónicos espintrónicos e fotónicos.