Un nou món de dispositius optoelectrònics

Un nou món dedispositius optoelectrònics

Investigadors de l'Institut Tecnològic de Technion-Israel han desenvolupat un gir controlat de manera coherentlàser òpticbasat en una única capa atòmica. Aquest descobriment va ser possible gràcies a una interacció coherent depenent del gir entre una sola capa atòmica i una xarxa de gir fotònica restringida horitzontalment, que admet una vall de spin d'alta Q mitjançant la divisió de gir de tipus Rashaba dels fotons dels estats units al continu.
El resultat, publicat a Nature Materials i destacat en el seu resum d'investigació, obre el camí per a l'estudi de fenòmens coherents relacionats amb l'espíritu en els estudis clàssics isistemes quàntics, i obre noves vies per a la investigació fonamental i les aplicacions de l'espín d'electrons i fotons en dispositius optoelectrònics. La font òptica de spin combina el mode de fotons amb la transició electrònica, que proporciona un mètode per estudiar l'intercanvi d'informació de spin entre electrons i fotons i desenvolupar dispositius optoelectrònics avançats.

Les microcavitats òptiques de la vall de spin es construeixen mitjançant la interfície de gelosies de spin fotònics amb asimetria d'inversió (regió del nucli groc) i simetria d'inversió (regió de revestiment cian).
Per tal de construir aquestes fonts, un requisit previ és eliminar la degeneració de l'espín entre dos estats d'espín oposats a la part del fotó o l'electró. Això s'aconsegueix generalment aplicant un camp magnètic sota un efecte Faraday o Zeeman, encara 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 càmeres geomètriques que utilitza un camp magnètic artificial per generar estats de rotació dividida de fotons a l'espai d'impuls.
Malauradament, les observacions anteriors dels estats de divisió de spin s'han basat en gran mesura en els modes de propagació del factor de massa baixa, que imposen restriccions adverses a la coherència espacial i temporal de les fonts. Aquest enfocament també es veu obstaculitzat per la naturalesa controlada per gir dels materials de guany làser en blocs, que no poden 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 de gir d'alta Q, els investigadors van construir gelosies de gir fotòniques amb diferents simetries, inclòs un nucli amb asimetria d'inversió i un embolcall simètric d'inversió integrat amb una sola capa WS2, per produir valls de gir limitades lateralment. La xarxa bàsica asimètrica inversa utilitzada pels investigadors té dues propietats importants.
El vector de gelosia recíproca depenent del spin controlable causat per la variació geomètrica de l'espai de fase del nanoporós anisotròpic heterogeni compost per ells. Aquest vector divideix la banda de degradació de l'espín en dues branques polaritzades per l'espín a l'espai d'impuls, conegudes com a efecte Rushberg fotònic.
Un parell d'estats lligats simètrics (quasi) alts en el continu, és a dir, les valls d'espín de fotons ± K (angle de la banda de Brillouin) a la vora de les branques que divideixen l'espín, formen una superposició coherent d'amplituds iguals.
El professor Koren va assenyalar: "Hem utilitzat els monòlids WS2 com a material de guany perquè aquest disulfur de metall de transició amb banda buida directa té un pseudo-spin de vall únic i s'ha estudiat àmpliament com a portador d'informació alternativa als electrons de la vall. Concretament, els seus excitons de vall ±K' (que irradien en forma d'emissors dipols polaritzats amb espín) poden ser excitats selectivament per llum polaritzada amb espín segons les regles de selecció de comparació de valls, controlant així activament un gir lliure magnèticament.font òptica.
En una microcavitat de vall de gir integrada d'una sola capa, els excitons de la vall de ± K 's'acoblen a l'estat de la vall de gir de ± K mitjançant la concordança de polarització, i el làser d'excitó de gir a temperatura ambient es realitza mitjançant una forta retroalimentació lumínica. Al mateix temps, ellàserEl mecanisme impulsa els excitons de la vall de ± 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 de gir ± K.
La coherència de la vall impulsada per aquest mecanisme làser elimina la necessitat de la supressió de baixa temperatura de la dispersió intermitent. A més, l'estat de pèrdua mínima del làser monocapa Rashba es pot modular mitjançant la polarització de la bomba lineal (circular), que proporciona una manera de controlar la intensitat del làser i la coherència espacial.
El professor Hasman explica: "El revelatfotònicaL'efecte Rashba de la vall d'espin proporciona un mecanisme general per construir fonts òptiques d'espín que emeten la superfície. La coherència de la vall demostrada en una microcavitat de vall de spin integrada d'una sola capa ens acosta un pas més a aconseguir l'entrellat d'informació quàntica entre els excitons de la vall de ± K' mitjançant qubits.
Des de fa molt de temps, el nostre equip ha estat desenvolupant l'òptica d'espín, utilitzant l'espín de fotons com una eina eficaç per controlar el comportament de les ones electromagnètiques. El 2018, intrigats pel pseudo-spin de la vall en materials bidimensionals, vam començar un projecte a llarg termini per investigar el control actiu de les fonts òptiques de spin a escala atòmica en absència de camps magnètics. Utilitzem el model de defecte de fase 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 segueix sense resoldre's. Aquest problema ens inspira a pensar en el model Rashuba de fotons d'alta Q. Després d'innovar nous mètodes físics, hem implementat el làser d'una sola capa Rashuba descrit en aquest document".
Aquest assoliment obre el camí per a l'estudi de fenòmens de correlació d'espins coherents en camps clàssic i quàntic, i obre una nova via per a la investigació bàsica i l'ús de dispositius optoelectrònics espintrònics i fotònics.