دنیای جدیدی از دستگاه های الکترونیک نوری

دنیای جدیدی ازدستگاه های الکترونیکی نوری

محققان موسسه فناوری Technion-Israel یک چرخش کنترل شده منسجم ایجاد کرده اندلیزر نوریبر اساس یک لایه اتمی. این کشف با یک برهمکنش منسجم وابسته به اسپین بین یک لایه اتمی منفرد و یک شبکه اسپین فوتونیک محدود افقی امکان پذیر شد که از یک دره اسپین بالا Q از طریق تقسیم اسپین نوع راشابا فوتون های حالت های محدود در پیوستار پشتیبانی می کند.
نتیجه که در Nature Materials منتشر شده و در خلاصه تحقیقاتی آن برجسته شده است، راه را برای مطالعه پدیده‌های منسجم مرتبط با اسپین در کلاسیک وسیستم های کوانتومیو راه های جدیدی را برای تحقیقات بنیادی و کاربردهای اسپین الکترون و فوتون در دستگاه های اپتوالکترونیکی باز می کند. منبع نوری اسپین حالت فوتون را با انتقال الکترونی ترکیب می کند که روشی را برای مطالعه تبادل اطلاعات اسپین بین الکترون ها و فوتون ها و توسعه دستگاه های اپتوالکترونیکی پیشرفته ارائه می دهد.

ریزحفره‌های نوری دره اسپین با اتصال شبکه‌های اسپین فوتونیک با عدم تقارن وارونگی (ناحیه هسته زرد) و تقارن وارونگی (ناحیه روکش فیروزه‌ای) ساخته می‌شوند.
برای ساخت این منابع، یک پیش نیاز، حذف انحطاط اسپین بین دو حالت اسپین مخالف در بخش فوتون یا الکترون است. این معمولاً با اعمال میدان مغناطیسی تحت اثر فارادی یا زیمن به دست می آید، اگرچه این روش ها معمولاً به یک میدان مغناطیسی قوی نیاز دارند و نمی توانند منبع میکرو تولید کنند. رویکرد امیدوارکننده دیگر مبتنی بر یک سیستم دوربین هندسی است که از یک میدان مغناطیسی مصنوعی برای تولید حالت‌های اسپین-شکاف فوتون‌ها در فضای تکانه استفاده می‌کند.
متأسفانه، مشاهدات قبلی حالت‌های تقسیم اسپین به شدت به حالت‌های انتشار با عامل جرم کم، که محدودیت‌های نامطلوبی را بر انسجام مکانی و زمانی منابع تحمیل می‌کند، متکی بوده است. این رویکرد همچنین به دلیل ماهیت کنترل شده با چرخش مواد بلوک با بهره گیری لیزری، که نمی توانند یا نمی توانند به راحتی برای کنترل فعال استفاده شوند، مانع شده است.منابع نوربه خصوص در غیاب میدان های مغناطیسی در دمای اتاق.
برای دستیابی به حالت‌های تقسیم اسپین Q بالا، محققان شبکه‌های اسپین فوتونیک 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 تولید کنند. شبکه نامتقارن معکوس اساسی مورد استفاده محققان دو ویژگی مهم دارد.
بردار شبکه متقابل وابسته به اسپین قابل کنترل ناشی از تغییر فضای فاز هندسی نانومتخلخل ناهمسانگرد ناهمگون متشکل از آنها. این بردار نوار تخریب اسپین را به دو شاخه قطبی شده اسپین در فضای تکانه تقسیم می کند که به عنوان اثر فوتونیک راشبرگ شناخته می شود.
یک جفت حالت Q بالا متقارن (شبه) محدود در پیوستار، یعنی دره‌های اسپین فوتون ±K (زاویه باند بریلوین) در لبه شاخه‌های اسپین‌شکن، برهم نهی منسجمی از دامنه‌های مساوی را تشکیل می‌دهند.
پروفسور کورن خاطرنشان کرد: "ما از مونولیدهای WS2 به عنوان ماده بهره استفاده کردیم، زیرا این دی سولفید فلزی انتقالی مستقیم باند دارای یک شبه اسپین دره منحصر به فرد است و به طور گسترده به عنوان یک حامل اطلاعات جایگزین در الکترون های دره مورد مطالعه قرار گرفته است. به طور خاص، اکسیتون‌های دره ±K آنها (که به شکل ساطع‌کننده‌های دوقطبی قطبی اسپینی مسطح تابش می‌کنند) می‌توانند به طور انتخابی توسط نور قطبش اسپین بر اساس قوانین انتخاب مقایسه دره تحریک شوند، بنابراین به طور فعال یک اسپین آزاد مغناطیسی را کنترل می‌کنند.منبع نوری.
در یک ریزحفره اسپین دره یکپارچه تک لایه، اکسایتون‌های دره ±K با تطبیق قطبش به حالت دره اسپین ±K جفت می‌شوند و لیزر اکسایتون اسپین در دمای اتاق با بازخورد نور قوی محقق می‌شود. در همان زمان،لیزرمکانیزم ابتدا اکسیتون‌های دره ±K' مستقل از فاز را هدایت می‌کند تا حداقل حالت تلفات سیستم را پیدا کرده و همبستگی قفل را بر اساس فاز هندسی مقابل دره اسپین ±K برقرار کند.
پیوستگی دره که توسط این مکانیسم لیزری هدایت می شود، نیاز به سرکوب دمای پایین پراکندگی متناوب را از بین می برد. علاوه بر این، حداقل حالت تلفات لیزر تک لایه راشبا را می توان با پلاریزاسیون پمپ خطی (دایره ای) مدوله کرد که راهی برای کنترل شدت لیزر و انسجام فضایی فراهم می کند.
پروفسور هاسمن توضیح می دهد: «نازل شدهفوتونیکاثر راشبا دره اسپین مکانیزمی کلی برای ساخت منابع نوری اسپین ساطع کننده سطحی ارائه می دهد. انسجام دره نشان داده شده در یک ریزحفره اسپین دره یکپارچه تک لایه، ما را یک گام به دستیابی به درهم تنیدگی اطلاعات کوانتومی بین اکسایتون‌های دره ± از طریق کیوبیت نزدیک‌تر می‌کند.
برای مدت طولانی، تیم ما با استفاده از اسپین فوتون به عنوان ابزاری موثر برای کنترل رفتار امواج الکترومغناطیسی، اپتیک اسپین را توسعه داده است. در سال 2018، با شیفته چرخش کاذب دره در مواد دو بعدی، پروژه بلندمدتی را برای بررسی کنترل فعال منابع نوری اسپین در مقیاس اتمی در غیاب میدان های مغناطیسی آغاز کردیم. ما از مدل نقص فاز غیر محلی بری برای حل مشکل به دست آوردن فاز هندسی منسجم از یک اکسایتون دره استفاده می کنیم.
با این حال، به دلیل فقدان یک مکانیسم همگام سازی قوی بین اکسیتون ها، برهم نهی منسجم بنیادی اکسیتون های متعدد دره در منبع نور تک لایه راشوبا که به دست آمده حل نشده باقی می ماند. این مشکل ما را به فکر کردن در مورد مدل راشوبا از فوتون های Q بالا ترغیب می کند. پس از ابداع روش‌های فیزیکی جدید، لیزر تک لایه Rashuba را که در این مقاله توضیح داده شده است، پیاده‌سازی کرده‌ایم.
این دستاورد راه را برای مطالعه پدیده‌های همبستگی اسپین در میدان‌های کلاسیک و کوانتومی هموار می‌کند و راه جدیدی را برای تحقیقات اساسی و استفاده از دستگاه‌های نوری اسپینترونیک و فوتونیک باز می‌کند.