Eine neue Welt optoelektronischer Geräte

Eine neue Welt vonoptoelektronische Geräte

Forscher am Technion-Israel Institute of Technology haben einen kohärent kontrollierten Spin entwickeltoptischer Laserbasierend auf einer einzelnen Atomschicht. Diese Entdeckung wurde durch eine kohärente spinabhängige Wechselwirkung zwischen einer einzelnen Atomschicht und einem horizontal eingeschränkten photonischen Spingitter ermöglicht, das durch Spinaufspaltung von Photonen gebundener Zustände im Kontinuum vom Rashaba-Typ ein Spintal mit hohem Q unterstützt.
Das in Nature Materials veröffentlichte und in seinem Forschungsbericht hervorgehobene Ergebnis ebnet den Weg für die Untersuchung kohärenter spinbezogener Phänomene in der klassischen und der klassischen WissenschaftQuantensystemeund eröffnet neue Wege für die Grundlagenforschung und Anwendungen von Elektronen- und Photonenspins in optoelektronischen Geräten. Die optische Spinquelle kombiniert den Photonenmodus mit dem Elektronenübergang und bietet so eine Methode zur Untersuchung des Spininformationsaustauschs zwischen Elektronen und Photonen und zur Entwicklung fortschrittlicher optoelektronischer Geräte.

Optische Spin-Valley-Mikrokavitäten werden durch die Verbindung photonischer Spingitter mit Inversionsasymmetrie (gelber Kernbereich) und Inversionssymmetrie (cyanfarbener Mantelbereich) konstruiert.
Voraussetzung für den Aufbau dieser Quellen ist die Beseitigung der Spin-Entartung zwischen zwei entgegengesetzten Spinzuständen im Photonen- bzw. Elektronenteil. Dies wird normalerweise durch Anlegen eines Magnetfelds unter einem Faraday- oder Zeeman-Effekt erreicht, obwohl diese Methoden normalerweise ein starkes Magnetfeld erfordern und keine Mikroquelle erzeugen können. Ein weiterer vielversprechender Ansatz basiert auf einem geometrischen Kamerasystem, das mithilfe eines künstlichen Magnetfelds Spin-Split-Zustände von Photonen im Impulsraum erzeugt.
Leider stützten sich frühere Beobachtungen von Spin-Split-Zuständen stark auf Ausbreitungsmodi mit niedrigem Massenfaktor, die der räumlichen und zeitlichen Kohärenz der Quellen nachteilige Einschränkungen auferlegten. Dieser Ansatz wird auch durch die spinkontrollierte Natur blockiger Laserverstärkungsmaterialien erschwert, die nicht oder nicht einfach zur aktiven Steuerung verwendet werden könnenLichtquellen, insbesondere in Abwesenheit von Magnetfeldern bei Raumtemperatur.
Um Spinaufspaltungszustände mit hohem Q zu erreichen, konstruierten die Forscher photonische Spingitter mit unterschiedlichen Symmetrien, einschließlich eines Kerns mit Inversionsasymmetrie und einer inversionssymmetrischen Hülle, die mit einer WS2-Einzelschicht integriert ist, um seitlich eingeschränkte Spintäler zu erzeugen. Das von den Forschern verwendete inverse asymmetrische Grundgitter weist zwei wichtige Eigenschaften auf.
Der steuerbare spinabhängige reziproke Gittervektor wird durch die geometrische Phasenraumvariation der daraus zusammengesetzten heterogenen anisotropen Nanoporen verursacht. Dieser Vektor spaltet das Spinabbauband im Impulsraum in zwei spinpolarisierte Zweige auf, was als photonischer Rushberg-Effekt bekannt ist.
Ein Paar symmetrischer (quasi) gebundener Zustände mit hohem Q im Kontinuum, nämlich ±K-Photonenspintäler (Brillouin-Bandwinkel) am Rand von Spinaufspaltungszweigen, bilden eine kohärente Überlagerung gleicher Amplituden.
Professor Koren bemerkte: „Wir haben die WS2-Monolide als Verstärkungsmaterial verwendet, da dieses Übergangsmetalldisulfid mit direkter Bandlücke einen einzigartigen Valley-Pseudospin aufweist und als alternativer Informationsträger in Valley-Elektronen ausführlich untersucht wurde.“ Insbesondere können ihre ±K '-Tal-Exzitonen (die in Form planarer spinpolarisierter Dipol-Emitter strahlen) selektiv durch spinpolarisiertes Licht gemäß Talvergleichs-Auswahlregeln angeregt werden, wodurch ein magnetisch freier Spin aktiv gesteuert wirdoptische Quelle.
In einer einschichtigen integrierten Spin-Valley-Mikrokavität werden die ±K'-Tal-Exzitonen durch Polarisationsanpassung an den ±K-Spin-Valley-Zustand gekoppelt, und der Spin-Exzitonen-Laser bei Raumtemperatur wird durch starke Lichtrückkopplung realisiert. Gleichzeitig ist dieLaserDer Mechanismus treibt die anfänglich phasenunabhängigen ±K 'Tal-Exzitonen an, um den minimalen Verlustzustand des Systems zu finden und die Lock-in-Korrelation basierend auf der geometrischen Phase gegenüber dem ±K-Spintal wiederherzustellen.
Die durch diesen Lasermechanismus gesteuerte Talkohärenz macht eine Unterdrückung der intermittierenden Streuung bei niedrigen Temperaturen überflüssig. Darüber hinaus kann der minimale Verlustzustand des Rashba-Monoschichtlasers durch lineare (zirkuläre) Pumppolarisation moduliert werden, was eine Möglichkeit bietet, die Laserintensität und räumliche Kohärenz zu steuern.“
Professor Hasman erklärt: „Das OffenbartephotonischDer Spin-Valley-Rashba-Effekt bietet einen allgemeinen Mechanismus zum Aufbau oberflächenemittierender optischer Spinquellen. Die in einer einschichtigen integrierten Spin-Valley-Mikrokavität demonstrierte Talkohärenz bringt uns der Erzielung einer Quanteninformationsverschränkung zwischen ±K 'Tal-Exzitonen über Qubits einen Schritt näher.
Unser Team entwickelt seit langem Spinoptiken und nutzt den Photonenspin als wirksames Werkzeug zur Steuerung des Verhaltens elektromagnetischer Wellen. Im Jahr 2018 starteten wir, fasziniert vom Valley-Pseudospin in zweidimensionalen Materialien, ein Langzeitprojekt zur Untersuchung der aktiven Steuerung optischer Spinquellen im atomaren Maßstab in Abwesenheit von Magnetfeldern. Wir verwenden das nicht-lokale Berry-Phasendefektmodell, um das Problem zu lösen, eine kohärente geometrische Phase aus einem einzelnen Tal-Exziton zu erhalten.
Aufgrund des Fehlens eines starken Synchronisationsmechanismus zwischen Exzitonen bleibt die grundlegende kohärente Überlagerung mehrerer Tal-Exzitonen in der einschichtigen Lichtquelle Rashuba jedoch ungelöst. Dieses Problem inspiriert uns, über das Rashuba-Modell von Photonen mit hoher Güte nachzudenken. Nach der Innovation neuer physikalischer Methoden haben wir den in diesem Artikel beschriebenen Rashuba-Einschichtlaser implementiert.“
Diese Errungenschaft ebnet den Weg für die Untersuchung kohärenter Spinkorrelationsphänomene in klassischen und Quantenfeldern und eröffnet einen neuen Weg für die Grundlagenforschung und den Einsatz spintronischer und photonischer optoelektronischer Geräte.