In nije wrâld fanopto-elektronyske apparaten
Undersykers fan it Technion-Israel Institute of Technology hawwe in koherint kontroleare spin ûntwikkeleoptyske laserbasearre op ien atoomlaach. Dizze ûntdekking waard mooglik makke troch in koherinte spin-ôfhinklike ynteraksje tusken ien atoomlaach en in horizontaal beheind fotonysk spinrooster, dat in spindelling mei hege Q stipet troch Rashaba-type spinsplitsing fan fotonen fan bûne steaten yn it kontinuüm.
It resultaat, publisearre yn Nature Materials en markearre yn syn ûndersyksbrief, baant de wei foar de stúdzje fan koherinte spin-relatearre ferskynsels yn klassike enkwantumsystemen, en iepenet nije wegen foar fûneminteel ûndersyk en tapassingen fan elektron- en fotonspin yn opto-elektronyske apparaten. De spin-optyske boarne kombinearret de fotonmodus mei de elektronoergong, wat in metoade biedt foar it bestudearjen fan de spinynformaasje-útwikseling tusken elektroanen en fotonen en it ûntwikkeljen fan avansearre opto-elektronyske apparaten.
Optyske mikroholtes yn 'e spindelling wurde konstruearre troch it ynterface fan fotonyske spinroosters mei ynversje-asymmetrie (giele kearnregio) en ynversje-symmetrie (syaan bekledingsregio).
Om dizze boarnen te bouwen, is in betingst om de spin-degeneraasje tusken twa tsjinoerstelde spintastannen yn it foton- of elektrondiel te eliminearjen. Dit wurdt meastal berikt troch it tapassen fan in magnetysk fjild ûnder in Faraday- of Zeeman-effekt, hoewol dizze metoaden meastal in sterk magnetysk fjild fereaskje en gjin mikroboarne kinne produsearje. In oare beloftefolle oanpak is basearre op in geometrysk kamerasysteem dat in keunstmjittich magnetysk fjild brûkt om spin-split-tastannen fan fotonen yn momentumromte te generearjen.
Spitigernôch hawwe eardere waarnimmings fan spinsplitsteaten swier fertroud op propagaasjemodi mei lege massafaktor, dy't negative beheiningen oplizze oan 'e romtlike en tydlike gearhing fan boarnen. Dizze oanpak wurdt ek beheind troch de spin-kontroleare aard fan blokkige laserfersterkingsmaterialen, dy't net of net maklik brûkt wurde kinne om aktyf te kontrolearjenljochtboarnen, foaral yn 'e ôfwêzigens fan magnetyske fjilden by keamertemperatuer.
Om spin-splitsingstastannen mei hege Q te berikken, hawwe de ûndersikers fotonyske spinroosters mei ferskillende symmetryen boud, ynklusyf in kearn mei ynversje-asymmetry en in ynversje-symmetryske omhulsel yntegrearre mei in inkele WS2-laach, om lateraal beheinde spindellingen te produsearjen. It basis inverse asymmetryske rooster dat troch de ûndersikers brûkt wurdt, hat twa wichtige eigenskippen.
De kontrolearbere spin-ôfhinklike wjersidige roosterfektor feroarsake troch de geometryske fazeromtefariaasje fan 'e heterogene anisotropyske nanoporeuze eleminten dy't derfan gearstald binne. Dizze fektor splitst de spin-degradaasjeband yn twa spin-polarisearre tûken yn momentumromte, bekend as it fotonyske Rushberg-effekt.
In pear hege Q-symmetryske (quasi) bûne steaten yn it kontinuum, nammentlik ±K (Brillouin-bandhoeke) foton-spindalen oan 'e râne fan spin-splitsende tûken, foarmje in koherinte superposysje fan gelikense amplitudes.
Professor Koren merkte op: "Wy brûkten de WS2-monoliden as it fersterkingsmateriaal, om't dizze direkte bandgap-oergongsmetaaldisulfide in unike dal-pseudo-spin hat en wiidweidich bestudearre is as in alternative ynformaasjedrager yn dal-elektronen. Spesifyk kinne har ±K 'dal-eksitonen (dy't útstrielje yn 'e foarm fan planêre spin-polarisearre dipoolemitters) selektyf oanstutsen wurde troch spin-polarisearre ljocht neffens dal-ferlikingsseleksjeregels, wêrtroch't in magnetysk frije spin aktyf kontrolearre wurdt.optyske boarne.
Yn in ienlaachse yntegreare spindellingmikroholte binne de ±K 'delling-eksitonen keppele oan 'e ±K spindellingtastân troch polarisaasje-oanpassing, en de spin-eksitonlaser by keamertemperatuer wurdt realisearre troch sterke ljochtfeedback. Tagelyk, delaserIt meganisme driuwt de yn earste ynstânsje faze-ûnôfhinklike ±K 'delling-eksitonen oan om de minimale ferliestastân fan it systeem te finen en de lock-in-korrelaasje opnij te fêstigjen basearre op 'e geometryske faze tsjinoer de ±K spindelling.
Dalkoherinsje oandreaun troch dit lasermeganisme elimineert de needsaak foar ûnderdrukking fan ûnderbrekkende fersprieding by lege temperatuer. Derneist kin de minimale ferliesstatus fan 'e Rashba-monolaachlaser modulearre wurde troch lineêre (sirkelfoarmige) pomppolarisaasje, wat in manier biedt om laserintensiteit en romtlike koherinsje te kontrolearjen.
Professor Hasman leit út: "De iepenbierefotonyskIt spindelling Rashba-effekt leveret in algemien meganisme foar it konstruearjen fan oerflak-útstjittende spin-optyske boarnen. De dellingkoherinsje dy't oantoand is yn in ienlaachse yntegreare spindelling-mikroholte bringt ús ien stap tichter by it berikken fan kwantumynformaasjeferstrengeling tusken ±K 'delling-eksitonen fia qubits.
Us team hat al lange tiid spin-optika ûntwikkele, wêrby't fotonspin brûkt wurdt as in effektyf ark foar it kontrolearjen fan it gedrach fan elektromagnetyske weagen. Yn 2018, yntrigearre troch de dal-pseudo-spin yn twadiminsjonale materialen, binne wy in lange-termyn projekt begûn om de aktive kontrôle fan optyske spinboarnen op atomêre skaal te ûndersykjen yn 'e ôfwêzigens fan magnetyske fjilden. Wy brûke it net-lokale Berry-fazedefektmodel om it probleem op te lossen fan it krijen fan in koherinte geometryske faze út in inkele dal-eksiton.
Troch it ûntbrekken fan in sterk syngronisaasjemeganisme tusken eksitonen bliuwt de fûnemintele koherinte superposysje fan meardere dellingeksitonen yn 'e Rashuba ienlaachsljochtboarne dy't berikt is lykwols net oplost. Dit probleem ynspirearret ús om nei te tinken oer it Rashuba-model fan fotonen mei hege Q. Nei it ynnovearjen fan nije fysike metoaden hawwe wy de Rashuba ienlaachslaser ymplementearre dy't yn dit artikel beskreaun wurdt.
Dizze prestaasje makket de wei frij foar de stúdzje fan koherinte spin-korrelaasjeferskynsels yn klassike en kwantumfjilden, en iepenet in nije wei foar basisûndersyk en gebrûk fan spintronyske en fotonyske opto-elektronyske apparaten.
Pleatsingstiid: 12 maart 2024