Жаңа әлемоптоэлектрондық құрылғылар
Technion-Israel технологиялық институтының зерттеушілері үйлесімді басқарылатын айналымды ойлап таптыоптикалық лазербір атомдық қабатқа негізделген. Бұл жаңалық бір атомдық қабат пен көлденең шектелген фотондық спин торы арасындағы когерентті спинге тәуелді өзара әрекеттесудің арқасында мүмкін болды, ол континуумдағы байланысқан күйдегі фотондардың Рашаба типті спиндік бөлінуі арқылы жоғары Q спиндік алқапты қолдайды.
Nature Materials журналында жарияланған және зерттеу қысқаша мазмұнында көрсетілген нәтиже классикалық және ... ғылымдарындағы когерентті спинмен байланысты құбылыстарды зерттеуге жол ашады.кванттық жүйелер, және оптоэлектрондық құрылғыларда электрон мен фотон спинін іргелі зерттеулер мен қолдану үшін жаңа жолдар ашады. Спин оптикалық көзі фотон режимін электрон ауысуымен біріктіреді, бұл электрондар мен фотондар арасындағы спин ақпарат алмасуын зерттеу және озық оптоэлектрондық құрылғыларды әзірлеу әдісін ұсынады.
Спин алқабының оптикалық микроқуыстары фотондық спин торларын инверсиялық асимметриямен (сары өзек аймағы) және инверсиялық симметриямен (көгілдір қабық аймағы) өзара байланыстыру арқылы жасалады.
Бұл көздерді құру үшін фотон немесе электрон бөлігіндегі екі қарама-қарсы спин күйлері арасындағы спин дегенерациясын жою қажет. Бұл әдетте Фарадей немесе Зееман эффектісі бойынша магнит өрісін қолдану арқылы жүзеге асырылады, дегенмен бұл әдістер әдетте күшті магнит өрісін қажет етеді және микрокөзді жасай алмайды. Тағы бір перспективалы тәсіл импульс кеңістігінде фотондардың спин-бөліну күйлерін жасау үшін жасанды магнит өрісін пайдаланатын геометриялық камера жүйесіне негізделген.
Өкінішке орай, спиннің бөлінген күйлерінің бұрынғы бақылаулары аз массалы фактордың таралу режимдеріне негізделген, бұл көздердің кеңістіктік және уақыттық когеренттілігіне қолайсыз шектеулер қояды. Бұл тәсілге сонымен қатар блокты лазерлік күшейту материалдарының спинмен басқарылатын сипаты кедергі келтіреді, оларды белсенді басқару үшін пайдалану мүмкін емес немесе оңай емес.жарық көздеріәсіресе бөлме температурасында магнит өрісі болмаған кезде.
Жоғары Q спин-бөліну күйлеріне қол жеткізу үшін зерттеушілер инверсиялық асимметриясы бар өзек және WS2 бір қабатымен интеграцияланған инверсиялық симметриялық қабық сияқты әртүрлі симметриялары бар фотондық спин торларын құрды, бұл бүйірлік шектелген спин алқаптарын алу үшін жасалды. Зерттеушілер қолданған негізгі кері асимметриялық тордың екі маңызды қасиеті бар.
Олардан тұратын гетерогенді анизотропты нанокеуекті геометриялық фазалық кеңістіктің өзгеруінен туындаған басқарылатын спинге тәуелді өзара тор векторы. Бұл вектор спин деградациясы жолағын импульс кеңістігінде фотондық Рашберг эффектісі деп аталатын екі спин-поляризацияланған тармаққа бөледі.
Континуумдағы жоғары Q симметриялы (квази) байланысқан күйлер жұбы, атап айтқанда, спиннің бөліну тармақтарының шетіндегі ±K (Бриллюэн жолағы бұрышы) фотон спин аңғарлары тең амплитудалы когерентті суперпозицияны құрайды.
Профессор Корен былай деп атап өтті: «Біз WS2 монолидтерін күшейту материалы ретінде қолдандық, себебі бұл тікелей жолақ аралығы бар өтпелі металл дисульфиді бірегей алқап псевдо-спиніне ие және алқап электрондарында балама ақпарат тасымалдаушысы ретінде кеңінен зерттелген. Атап айтқанда, олардың ±K' алқап экситондары (жазық спин-поляризацияланған диполь эмиттерлері түрінде сәулеленеді) алқапты салыстыруды таңдау ережелеріне сәйкес спин-поляризацияланған жарықпен селективті түрде қоздырылуы мүмкін, осылайша магниттік еркін айналымды белсенді түрде басқарады».оптикалық көз.
Бір қабатты интеграцияланған спиндік алқап микроқуысында ±K' алқап экситондары поляризация сәйкестігі арқылы ±K спиндік алқап күйімен байланысады, ал бөлме температурасындағы спиндік экситон лазері күшті жарық кері байланысы арқылы жүзеге асырылады. Сонымен қатар,лазермеханизм бастапқы фазаға тәуелсіз ±K' алқабының экситондарын жүйенің минималды шығын күйін табуға және ±K спин алқабына қарама-қарсы геометриялық фазаға негізделген құлыптау корреляциясын қалпына келтіруге бағыттайды.
Осы лазерлік механизммен басқарылатын алқап когеренттілігі үзік-үзік шашырауды төмен температурада басу қажеттілігін жояды. Сонымен қатар, Rashba моноқабатты лазерінің минималды шығын күйін сызықтық (дөңгелек) сорғы поляризациясы арқылы модуляциялауға болады, бұл лазер қарқындылығы мен кеңістіктік когеренттілікті басқаруға мүмкіндік береді.
Профессор Хасман былай деп түсіндіреді: «Ашылғанфотондықспин алқабының Рашба эффектісі беттік сәуле шығаратын спин оптикалық көздерін құрудың жалпы механизмін қамтамасыз етеді. Бір қабатты интеграцияланған спин алқабының микроқуысында көрсетілген алқап когеренттілігі бізді кубит арқылы ±K 'алқап экситондары арасында кванттық ақпараттың шатасуына қол жеткізуге бір қадам жақындатады.
Біздің команда ұзақ уақыт бойы фотон спинін электромагниттік толқындардың әрекетін басқарудың тиімді құралы ретінде пайдалана отырып, спин оптикасын жасап келеді. 2018 жылы екі өлшемді материалдардағы алқап псевдоспиніне қызығушылық танытып, біз магнит өрістері болмаған кезде атомдық масштабтағы спин оптикалық көздерін белсенді басқаруды зерттеу бойынша ұзақ мерзімді жобаны бастадық. Біз бір алқап экситонынан когерентті геометриялық фазаны алу мәселесін шешу үшін жергілікті емес Берри фазалық ақау моделін қолданамыз.
Дегенмен, экситондар арасында күшті синхрондау механизмінің болмауына байланысты, Рашуба бір қабатты жарық көзіндегі бірнеше алқап экситондарының негізгі когерентті суперпозициясы шешілмеген күйінде қалып отыр. Бұл мәселе бізді жоғары Q фотондарының Рашуба моделі туралы ойлануға шабыттандырады. Жаңа физикалық әдістерді енгізгеннен кейін, біз осы мақалада сипатталған Рашуба бір қабатты лазерін енгіздік.
Бұл жетістік классикалық және кванттық өрістердегі когерентті спин корреляция құбылыстарын зерттеуге жол ашады және спинтрондық және фотондық оптоэлектрондық құрылғыларды негізгі зерттеу мен пайдаланудың жаңа жолын ашады.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 12 наурыз