Un nuovo mondo di dispositivi optoelettronici

Un nuovo mondo didispositivi optoelettronici

I ricercatori del Technion-Israel Institute of Technology hanno sviluppato una rotazione controllata in modo coerentelaser otticobasato su un singolo strato atomico. Questa scoperta è stata resa possibile da un'interazione coerente dipendente dallo spin tra un singolo strato atomico e un reticolo di spin fotonico vincolato orizzontalmente, che supporta una valle di spin ad alto Q attraverso la suddivisione dello spin di tipo Rashaba dei fotoni degli stati legati nel continuo.
Il risultato, pubblicato su Nature Materials ed evidenziato nel brief di ricerca, apre la strada allo studio di fenomeni coerenti legati allo spin in sistemi classici esistemi quantisticie apre nuove strade per la ricerca fondamentale e le applicazioni dello spin di elettroni e fotoni nei dispositivi optoelettronici. La sorgente ottica di spin combina la modalità fotone con la transizione elettronica, che fornisce un metodo per studiare lo scambio di informazioni di spin tra elettroni e fotoni e sviluppare dispositivi optoelettronici avanzati.

Le microcavità ottiche della Spin Valley sono costruite interfacciando reticoli di spin fotonici con asimmetria di inversione (regione del nucleo giallo) e simmetria di inversione (regione di rivestimento ciano).
Per costruire queste sorgenti, un prerequisito è eliminare la degenerazione dello spin tra due stati di spin opposti nella parte fotonica o elettronica. Ciò si ottiene solitamente applicando un campo magnetico sotto un effetto Faraday o Zeeman, sebbene questi metodi di solito richiedano un forte campo magnetico e non possano produrre una microsorgente. Un altro approccio promettente si basa su un sistema di telecamere geometriche che utilizza un campo magnetico artificiale per generare stati di spin split dei fotoni nello spazio della quantità di moto.
Sfortunatamente, le precedenti osservazioni degli stati di spin split si sono basate fortemente su modalità di propagazione con fattori di massa ridotti, che impongono vincoli negativi sulla coerenza spaziale e temporale delle sorgenti. Questo approccio è anche ostacolato dalla natura a spin controllato dei materiali a blocchi con guadagno laser, che non possono o non possono essere facilmente utilizzati per controllare attivamentefonti di luce, soprattutto in assenza di campi magnetici a temperatura ambiente.
Per ottenere stati di suddivisione dello spin ad alto Q, i ricercatori hanno costruito reticoli di spin fotonici con diverse simmetrie, tra cui un nucleo con asimmetria di inversione e un involucro simmetrico di inversione integrato con un singolo strato WS2, per produrre valli di spin vincolate lateralmente. Il reticolo asimmetrico inverso di base utilizzato dai ricercatori ha due proprietà importanti.
Il vettore reticolare reciproco controllabile dipendente dallo spin causato dalla variazione geometrica dello spazio delle fasi dei nanoporosi anisotropi eterogenei da essi composti. Questo vettore divide la banda di degradazione dello spin in due rami polarizzati nello spazio della quantità di moto, noto come effetto Rushberg fotonico.
Una coppia di stati legati (quasi) simmetrici ad alto Q nel continuo, vale a dire valli di spin fotonico ± K (angolo di banda di Brillouin) al bordo dei rami di divisione dello spin, formano una sovrapposizione coerente di uguali ampiezze.
Il professor Koren ha osservato: “Abbiamo utilizzato i monolidi WS2 come materiale di guadagno perché questo disolfuro di metallo di transizione a banda proibita diretta ha uno pseudo-spin valle unico ed è stato ampiamente studiato come vettore di informazioni alternativo negli elettroni valle. Nello specifico, i loro eccitoni valle ± K '(che si irradiano sotto forma di emettitori di dipoli planari polarizzati con spin) possono essere eccitati selettivamente dalla luce polarizzata con spin secondo le regole di selezione del confronto valle, controllando così attivamente uno spin magneticamente liberosorgente ottica.
In una microcavità della valle di spin integrata a strato singolo, gli eccitoni della valle di spin ±K sono accoppiati allo stato della valle di spin ±K mediante adattamento della polarizzazione e il laser degli eccitoni di spin a temperatura ambiente è realizzato mediante un forte feedback luminoso. Allo stesso tempo, illaserIl meccanismo guida gli eccitoni della valle ±K' inizialmente indipendenti dalla fase per trovare lo stato di perdita minima del sistema e ristabilire la correlazione di lock-in basata sulla fase geometrica opposta alla valle di spin ±K.
La coerenza della valle guidata da questo meccanismo laser elimina la necessità di soppressione a bassa temperatura dello scattering intermittente. Inoltre, lo stato di perdita minima del laser monostrato Rashba può essere modulato dalla polarizzazione lineare (circolare) della pompa, che fornisce un modo per controllare l’intensità del laser e la coerenza spaziale”.
Il professor Hasman spiega: “Il rivelatofotonicospin Valley L'effetto Rashba fornisce un meccanismo generale per costruire sorgenti ottiche di spin che emettono superficie. La coerenza della valle dimostrata in una microcavità della valle di spin integrata a strato singolo ci porta un passo avanti verso il raggiungimento dell'entanglement di informazioni quantistiche tra gli eccitoni della valle ± K 'tramite qubit.
Da molto tempo il nostro team sviluppa l’ottica di spin, utilizzando lo spin dei fotoni come strumento efficace per controllare il comportamento delle onde elettromagnetiche. Nel 2018, incuriositi dallo pseudo-spin della valle nei materiali bidimensionali, abbiamo avviato un progetto a lungo termine per studiare il controllo attivo delle sorgenti ottiche di spin su scala atomica in assenza di campi magnetici. Utilizziamo il modello del difetto di fase Berry non locale per risolvere il problema di ottenere una fase geometrica coerente da un singolo eccitone valle.
Tuttavia, a causa della mancanza di un forte meccanismo di sincronizzazione tra gli eccitoni, la fondamentale sovrapposizione coerente di più eccitoni valle nella sorgente luminosa a strato singolo Rashuba che è stata ottenuta rimane irrisolta. Questo problema ci ispira a pensare al modello Rashuba dei fotoni ad alto Q. Dopo aver innovativo nuovi metodi fisici, abbiamo implementato il laser a strato singolo Rashuba descritto in questo documento”.
Questo risultato apre la strada allo studio dei fenomeni di correlazione di spin coerente in campo classico e quantistico e apre una nuova strada per la ricerca di base e l'uso di dispositivi optoelettronici spintronici e fotonici.