دنیای جدیدی ازدستگاه‌های اپتیکی
محققان موسسه فناوری تکنیون-اسرائیل یک اسپین کنترل‌شده‌ی منسجم توسعه داده‌اند.لیزر نوریبر اساس یک لایه اتمی واحد. این کشف توسط یک برهمکنش وابسته به اسپین همدوس بین یک لایه اتمی واحد و یک شبکه اسپین فوتونی با محدودیت افقی امکان‌پذیر شد، که از طریق شکافت اسپینی نوع راشابا از فوتون‌های حالت‌های مقید در پیوستار، از یک دره اسپینی با Q بالا پشتیبانی می‌کند.
این نتیجه که در مجله Nature Materials منتشر و در خلاصه تحقیقات آن برجسته شده است، راه را برای مطالعه پدیده‌های مرتبط با اسپین همدوس در فیزیک کلاسیک و ... هموار می‌کند.سیستم‌های کوانتومیو راه‌های جدیدی را برای تحقیقات بنیادی و کاربردهای اسپین الکترون و فوتون در دستگاه‌های اپتوالکترونیکی باز می‌کند. منبع نوری اسپینی، مد فوتون را با گذار الکترون ترکیب می‌کند، که روشی را برای مطالعه تبادل اطلاعات اسپینی بین الکترون‌ها و فوتون‌ها و توسعه دستگاه‌های اپتوالکترونیکی پیشرفته فراهم می‌کند.
ریزکاواک‌های نوری دره اسپینی با اتصال شبکه‌های اسپینی فوتونی با عدم تقارن وارونگی (ناحیه هسته زرد) و تقارن وارونگی (ناحیه روکش فیروزه‌ای) ساخته می‌شوند.
برای ساخت این منابع، پیش‌نیاز، حذف انحطاط اسپینی بین دو حالت اسپینی متضاد در بخش فوتون یا الکترون است. این امر معمولاً با اعمال یک میدان مغناطیسی تحت اثر فارادی یا زیمان حاصل می‌شود، اگرچه این روش‌ها معمولاً به یک میدان مغناطیسی قوی نیاز دارند و نمی‌توانند یک ریزمنبع تولید کنند. رویکرد امیدوارکننده دیگر مبتنی بر یک سیستم دوربین هندسی است که از یک میدان مغناطیسی مصنوعی برای تولید حالت‌های شکافت اسپینی فوتون‌ها در فضای تکانه استفاده می‌کند.
متأسفانه، مشاهدات قبلی از حالت‌های شکافت اسپینی به شدت بر حالت‌های انتشار با ضریب جرم کم متکی بوده‌اند که محدودیت‌های نامطلوبی را بر همدوسی فضایی و زمانی منابع تحمیل می‌کنند. این رویکرد همچنین با ماهیت کنترل‌شده اسپینی مواد با بهره لیزری بلوکی که نمی‌توانند یا به راحتی نمی‌توانند برای کنترل فعال استفاده شوند، مختل می‌شود.منابع نوربه خصوص در غیاب میدان‌های مغناطیسی در دمای اتاق.
برای دستیابی به حالت‌های تقسیم اسپین با Q بالا، محققان شبکه‌های اسپین فوتونی با تقارن‌های مختلف، از جمله یک هسته با عدم تقارن وارونگی و یک پوشش متقارن وارونگی ادغام شده با یک لایه منفرد WS2، ساختند تا دره‌های اسپینی با محدودیت جانبی ایجاد کنند. شبکه نامتقارن معکوس پایه مورد استفاده محققان دارای دو ویژگی مهم است.
بردار شبکه متقابل وابسته به اسپین قابل کنترل که توسط تغییر فضای فاز هندسی نانومتخلخل ناهمسانگرد ناهمگن تشکیل شده از آنها ایجاد می‌شود. این بردار، نوار تخریب اسپین را به دو شاخه قطبیده اسپینی در فضای تکانه تقسیم می‌کند که به عنوان اثر راشبرگ فوتونی شناخته می‌شود.
یک جفت حالت متقارن (شبه) مقید با Q بالا در پیوستار، یعنی دره‌های اسپین فوتون ±K(زاویه باند بریلوئن) در لبه شاخه‌های شکافت اسپین، یک برهم‌نهی همدوس با دامنه‌های مساوی تشکیل می‌دهند.
پروفسور کورن خاطرنشان کرد: «ما از مونولیدهای WS2 به عنوان ماده‌ی تقویت‌کننده استفاده کردیم زیرا این دی‌سولفید فلز واسطه با شکاف باند مستقیم، یک شبه‌اسپین دره‌ای منحصر به فرد دارد و به عنوان یک حامل اطلاعات جایگزین در الکترون‌های دره‌ای به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است. به طور خاص، اکسایتون‌های دره‌ای ±K آنها (که به شکل ساطع‌کننده‌های دوقطبی اسپین-قطبیده مسطح تابش می‌کنند) می‌توانند به صورت انتخابی توسط نور اسپین-قطبیده طبق قوانین انتخاب مقایسه دره‌ای برانگیخته شوند و بنابراین به طور فعال یک اسپین آزاد مغناطیسی را کنترل کنند.»منبع نوری.
در یک ریزکاواک دره اسپینی یکپارچه تک لایه، اکسیتون‌های دره ±K ' از طریق تطبیق قطبش به حالت دره اسپینی ±K جفت می‌شوند و لیزر اکسیتون اسپینی در دمای اتاق با بازخورد نوری قوی محقق می‌شود. در همان زمان،لیزراین مکانیزم، اکسایتون‌های دره ±K ' مستقل از فاز اولیه را برای یافتن حداقل حالت اتلاف سیستم هدایت می‌کند و همبستگی قفل‌شدگی را بر اساس فاز هندسی مقابل دره اسپینی ±K دوباره برقرار می‌سازد.
همدوسی دره که توسط این مکانیسم لیزر هدایت می‌شود، نیاز به سرکوب پراکندگی متناوب در دمای پایین را از بین می‌برد. علاوه بر این، حداقل حالت اتلاف لیزر تک لایه راشبا را می‌توان با قطبش پمپ خطی (دایره ای) مدوله کرد، که راهی برای کنترل شدت لیزر و همدوسی فضایی فراهم می‌کند.
پروفسور هاسمن توضیح می‌دهد: «آنچه آشکار شدفوتونیکاثر راشبا دره اسپینی، یک مکانیسم کلی برای ساخت منابع نوری اسپینی گسیلنده از سطح ارائه می‌دهد. همدوسی دره که در یک میکروکاواک دره اسپینی یکپارچه تک لایه نشان داده شده است، ما را یک قدم به دستیابی به درهم‌تنیدگی اطلاعات کوانتومی بین اکسایتون‌های دره ±K از طریق کیوبیت‌ها نزدیک‌تر می‌کند.
مدت‌هاست که تیم ما در حال توسعه‌ی اپتیک اسپینی است و از اسپین فوتون به عنوان ابزاری مؤثر برای کنترل رفتار امواج الکترومغناطیسی استفاده می‌کند. در سال ۲۰۱۸، با توجه به شبه اسپین دره‌ای در مواد دوبعدی، ما یک پروژه‌ی بلندمدت را برای بررسی کنترل فعال منابع نوری اسپینی در مقیاس اتمی در غیاب میدان‌های مغناطیسی آغاز کردیم. ما از مدل نقص فاز غیرموضعی بری برای حل مسئله‌ی به دست آوردن فاز هندسی همدوس از یک اکسیتون دره‌ای واحد استفاده می‌کنیم.
با این حال، به دلیل فقدان یک مکانیسم هماهنگ‌سازی قوی بین اکسیتون‌ها، برهم‌نهی منسجم بنیادی اکسیتون‌های دره‌ای متعدد در منبع نور تک‌لایه راشوبا که به دست آمده است، همچنان حل نشده باقی مانده است. این مشکل ما را به فکر کردن در مورد مدل راشوبا از فوتون‌های با Q بالا ترغیب می‌کند. پس از نوآوری روش‌های فیزیکی جدید، ما لیزر تک‌لایه راشوبا را که در این مقاله شرح داده شده است، پیاده‌سازی کرده‌ایم.
این دستاورد راه را برای مطالعه پدیده‌های همبستگی اسپینی همدوس در میدان‌های کلاسیک و کوانتومی هموار می‌کند و راهی جدید برای تحقیقات پایه و استفاده از دستگاه‌های اپتوالکترونیکی اسپینترونیک و فوتونیکی می‌گشاید.
زمان ارسال: ۱۲ مارس ۲۰۲۴