Un nou món de dispositius optoelectrònics

Un nou món dedispositius optoelectrònics

Investigadors de l'Institut Tecnològic Technion-Israel han desenvolupat un sistema de gir controlat de manera coherentlàser òpticbasat en una sola capa atòmica. Aquest descobriment va ser possible gràcies a una interacció coherent dependent de l'espín entre una sola capa atòmica i una xarxa d'espín fotònica horitzontalment restringida, que suporta una vall d'espín d'alta Q a través de la divisió d'espín de tipus Rashaba de fotons d'estats enllaçats en el continu.
El resultat, publicat a Nature Materials i destacat en el seu informe de recerca, obre el camí per a l'estudi de fenòmens relacionats amb l'espín coherent en la física clàssica isistemes quàntics, i obre noves vies per a la recerca fonamental i les aplicacions de l'espín d'electrons i fotons en dispositius optoelectrònics. La font òptica d'espín combina el mode fotònic amb la transició d'electrons, cosa que proporciona un mètode per estudiar l'intercanvi d'informació d'espín entre electrons i fotons i desenvolupar dispositius optoelectrònics avançats.

Les microcavitats òptiques de vall d'espín es construeixen mitjançant la interacció de xarxes d'espín fotòniques amb asimetria d'inversió (regió del nucli groc) i simetria d'inversió (regió de revestiment cian).
Per construir aquestes fonts, un requisit previ és eliminar la degeneració d'espín entre dos estats d'espín oposats a la part del fotó o l'electró. Això s'aconsegueix normalment aplicant un camp magnètic sota un efecte Faraday o Zeeman, tot i que aquests mètodes solen requerir un camp magnètic fort i no poden produir una microfont. Un altre enfocament prometedor es basa en un sistema de càmera geomètrica que utilitza un camp magnètic artificial per generar estats de divisió d'espín de fotons en l'espai de moment.
Malauradament, les observacions prèvies d'estats de divisió d'espín s'han basat en gran mesura en modes de propagació de baix factor de massa, que imposen restriccions adverses a la coherència espacial i temporal de les fonts. Aquest enfocament també es veu obstaculitzat per la naturalesa controlada per espín dels materials de guany làser en blocs, que no es poden utilitzar o no es poden utilitzar fàcilment per controlar activament.fonts de llum, especialment en absència de camps magnètics a temperatura ambient.
Per aconseguir estats de divisió d'espín d'alta Q, els investigadors van construir xarxes d'espín fotònica amb diferents simetries, incloent-hi un nucli amb asimetria d'inversió i una embolcall simètrica d'inversió integrada amb una sola capa de WS2, per produir valls d'espín lateralment restringides. La xarxa asimètrica inversa bàsica utilitzada pels investigadors té dues propietats importants.
El vector de xarxa recíproca controlable dependent de l'espín causat per la variació geomètrica de l'espai de fase del nanoporós anisotròpic heterogeni que hi componen. Aquest vector divideix la banda de degradació d'espín en dues branques polaritzades per espín a l'espai de momentum, conegut com a efecte Rushberg fotònic.
Un parell d'estats lligats (quasi) amb simetria Q alta en el continu, és a dir, valls d'espín fotònics ±K (angle de banda de Brillouin) a la vora de les branques de divisió d'espín, formen una superposició coherent d'amplituds iguals.
El professor Koren va assenyalar: «Vam utilitzar els monòlids WS2 com a material de guany perquè aquest disulfur de metall de transició de banda prohibida directa té un pseudoespín de vall únic i s'ha estudiat àmpliament com a portador d'informació alternatiu en electrons de vall. Concretament, els seus excitons de vall ±K' (que irradien en forma d'emissors dipolars polaritzats per espín planar) poden ser excitats selectivament per llum polaritzada per espín segons les regles de selecció de comparació de valls, controlant així activament un espín magnèticament lliure».font òptica.
En una microcavitat de vall d'espín integrada d'una sola capa, els excitons de la vall ±K' s'acoblen a l'estat de vall d'espín ±K mitjançant la coincidència de polarització, i el làser d'excitó d'espín a temperatura ambient es realitza mitjançant una forta retroalimentació de llum. Al mateix temps, ellàserEl mecanisme impulsa els excitons de la vall ±K ', inicialment independents de la fase, per trobar l'estat de pèrdua mínima del sistema i restablir la correlació de bloqueig basada en la fase geomètrica oposada a la vall d'espín ±K.
La coherència de la vall impulsada per aquest mecanisme làser elimina la necessitat de suprimir la dispersió intermitent a baixa temperatura. A més, l'estat de pèrdua mínima del làser monocapa Rashba es pot modular mitjançant la polarització lineal (circular) de la bomba, que proporciona una manera de controlar la intensitat del làser i la coherència espacial.
El professor Hasman explica: «El que es va revelarfotònicL'efecte Rashba de la vall d'espín proporciona un mecanisme general per construir fonts òptiques d'espín emissores de superfície. La coherència de la vall demostrada en una microcavitat de vall d'espín integrada d'una sola capa ens acosta un pas més a aconseguir l'entrellaçament d'informació quàntica entre excitons de la vall ±K' a través de qubits.
Durant molt de temps, el nostre equip ha estat desenvolupant òptica d'espín, utilitzant l'espín fotònic com a eina eficaç per controlar el comportament de les ones electromagnètiques. El 2018, intrigats pel pseudoespín de vall en materials bidimensionals, vam iniciar un projecte a llarg termini per investigar el control actiu de fonts òptiques d'espín a escala atòmica en absència de camps magnètics. Utilitzem el model de defecte de fase de Berry no local per resoldre el problema d'obtenir una fase geomètrica coherent a partir d'un sol excitó de vall.
Tanmateix, a causa de la manca d'un mecanisme de sincronització fort entre excitons, la superposició coherent fonamental de múltiples excitons de vall a la font de llum d'una sola capa de Rashuba que s'ha aconseguit continua sense resoldre's. Aquest problema ens inspira a pensar en el model Rashuba de fotons d'alta Q. Després d'innovar en nous mètodes físics, hem implementat el làser d'una sola capa de Rashuba descrit en aquest article.
Aquest assoliment obre el camí per a l'estudi dels fenòmens de correlació d'espín coherent en els camps clàssic i quàntic, i obre un nou camí per a la recerca bàsica i l'ús de dispositius optoelectrònics espintrònics i fotònics.