Un novo mundo de dispositivos optoelectrónicos

Un novo mundo dedispositivos optoelectrónicos

Os investigadores do Instituto Tecnolóxico de 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 restrinxida horizontalmente, que admite un val de spin de alta Q a través da división de espín de tipo Rashaba dos fotóns dos 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 coherentes relacionados co espín no ámbito clásico esistemas cuánticos, e abre novas vías para a investigación e aplicacións fundamentais do espín de electróns e fotóns en dispositivos optoelectrónicos. A fonte óptica de espín combina o modo de fotóns coa transición electrónica, que proporciona un método para estudar o intercambio de información de espín entre electróns e fotóns e desenvolver dispositivos optoelectrónicos avanzados.

As microcavidades ópticas do val de espín constrúense intercalando redes fotónicas de espín con asimetría de inversión (rexión do núcleo amarelo) e simetría de inversión (rexión de revestimento cian).
Para construír estas fontes, un requisito previo é eliminar a dexeneración de espín entre dous estados de espín opostos na parte de fotóns ou electróns. 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. Outro enfoque prometedor baséase nun sistema de cámara xeométrica que utiliza un campo magnético artificial para xerar estados de espín dividido de fotóns no espazo de momento.
Desafortunadamente, as observacións anteriores dos estados de división de espín dependeron moito de modos de propagación de factor de masa baixa, que impoñen restricións adversas á coherencia espacial e temporal das fontes. Este enfoque tamén se ve obstaculizado pola natureza controlada por spin dos materiais de ganancia láser en bloque, que non poden ou non se poden usar facilmente para controlar activamente.fontes de luz, especialmente en ausencia de campos magnéticos a temperatura ambiente.
Para lograr estados de división de espín de alta Q, os investigadores construíron redes de espín fotónicos con diferentes simetrías, incluíndo un núcleo con asimetría de inversión e unha envolvente simétrica de inversión integrada cunha única capa WS2, para producir vales de spin restrinxidos lateralmente. A rede asimétrica inversa básica utilizada polos investigadores ten dúas propiedades importantes.
O vector recíproco recíproco dependente do espín controlable causado pola variación xeométrica do espazo de fase do heteroxéneo nanoporoso anisótropo composto por eles. Este vector divide a banda de degradación do espín en dúas ramas polarizadas por espín no espazo do momento, coñecido como efecto Rushberg fotónico.
Un par de estados ligados (quasi) Q simétricos altos no continuo, é dicir, vales de spin de fotóns ±K (ángulo de banda de Brillouin) no bordo das ramas de división de spin, forman unha superposición coherente de amplitudes iguais.
O profesor Koren sinalou: "Utilizamos os monólidos WS2 como material de ganancia porque este disulfuro de metal de transición de banda directa ten un pseudo-spin único de val e foi estudado amplamente como un portador de información alternativo nos electróns do val. Específicamente, os seus excitóns de val ±K' (que irradian en forma de emisores dipolos polarizados por espín) poden ser excitados selectivamente pola luz polarizada por espín segundo as regras de selección de comparación de val, controlando así activamente un xiro libre magnéticamente.fonte óptica.
Nunha microcavidade de val de espín integrada dunha soa capa, os excitóns do val de ±K' están acoplados ao estado de val de espín de ±K mediante a correspondencia de polarización, e o láser de excitón de espín a temperatura ambiente realízase mediante unha forte retroalimentación luminosa. 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 da dispersión intermitente. Ademais, o estado de perda mínima do láser monocapa Rashba pódese modular mediante a polarización da bomba lineal (circular), o que proporciona unha forma de controlar a intensidade do láser e a coherencia espacial.
O profesor Hasman explica: "O reveladofotónicaSpin Valley Efecto Rashba proporciona un mecanismo xeral para construír fontes ópticas de spin emisoras de superficie. A coherencia do val demostrada nunha microcavidade de val de espín integrada dunha soa capa achéganos un paso máis a lograr o enredo de información cuántica entre excitóns do val de ±K' a través de qubits.
Durante moito tempo, o noso equipo desenvolveu óptica de espín, utilizando o spin fotón como unha ferramenta eficaz para controlar o comportamento das ondas electromagnéticas. En 2018, intrigados polo pseudo-spin do val en materiais bidimensionais, comezamos un proxecto a longo prazo para investigar o control activo das fontes ópticas de spin a escala atómica en ausencia de campos magnéticos. Usamos o modelo de defecto de fase de Berry non local 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 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 Rashuba de fotóns de alta Q. Despois de innovar novos métodos físicos, implementamos o láser de capa única Rashuba descrito neste documento.
Este logro abre o camiño para o estudo de fenómenos de correlación de espíns coherentes nos campos clásico e cuántico, e abre un novo camiño para a investigación básica e o uso de dispositivos optoelectrónicos espintrónicos e fotónicos.