Um novo mundo de dispositivos optoeletrônicos

Um novo mundo dedispositivos optoeletrônicos

Pesquisadores do Technion - Instituto de Tecnologia de Israel desenvolveram um spin controlado de forma coerente.laser ópticocom base em uma única camada atômica. Essa descoberta foi possível graças a uma interação coerente dependente do spin entre uma única camada atômica e uma rede de spin fotônica horizontalmente confinada, que suporta um vale de spin de alto Q por meio do desdobramento de spin do tipo Rashaba de fótons de estados ligados no contínuo.
O resultado, publicado na Nature Materials e destacado em seu resumo de pesquisa, abre caminho para o estudo de fenômenos coerentes relacionados ao spin em física clássica e...sistemas quânticose abre novos caminhos para a pesquisa fundamental e aplicações do spin de elétrons e fótons em dispositivos optoeletrônicos. A fonte óptica de spin combina o modo de fóton com a transição eletrônica, o que proporciona um método para estudar a troca de informações de spin entre elétrons e fótons e desenvolver dispositivos optoeletrônicos avançados.

Microcavidades ópticas de vale de spin são construídas pela interface entre redes de spin fotônicas com assimetria de inversão (região central amarela) e simetria de inversão (região de revestimento ciano).
Para construir essas fontes, um pré-requisito é eliminar a degenerescência de spin entre dois estados de spin opostos na parte do fóton ou do elétron. Isso geralmente é alcançado aplicando-se um campo magnético sob o efeito Faraday ou Zeeman, embora esses métodos geralmente exijam um campo magnético forte e não possam produzir uma microfonte. Outra abordagem promissora baseia-se em um sistema de câmera geométrica que usa um campo magnético artificial para gerar estados de spin dividido de fótons no espaço de momentos.
Infelizmente, as observações anteriores de estados com spin dividido basearam-se fortemente em modos de propagação com baixo fator de massa, o que impõe restrições adversas à coerência espacial e temporal das fontes. Essa abordagem também é dificultada pela natureza controlada por spin dos materiais de ganho de laser em blocos, que não podem ou não podem ser facilmente usados ​​para controlar ativamente o spin.fontes de luz, especialmente na ausência de campos magnéticos à temperatura ambiente.
Para alcançar estados de divisão de spin de alto Q, os pesquisadores construíram redes de spin fotônicas com diferentes simetrias, incluindo um núcleo com assimetria de inversão e um envelope com simetria de inversão integrado a uma monocamada de WS2, para produzir vales de spin lateralmente confinados. A rede assimétrica inversa básica usada pelos pesquisadores possui duas propriedades importantes.
O vetor da rede recíproca dependente do spin, controlável devido à variação geométrica do espaço de fase do nanoporo anisotrópico heterogêneo que o compõe, divide a banda de degradação de spin em dois ramos polarizados por spin no espaço de momentos, um fenômeno conhecido como efeito Rushberg fotônico.
Um par de estados ligados (quase) simétricos de alto Q no contínuo, ou seja, vales de spin de fótons ±K (ângulo da banda de Brillouin) na borda dos ramos de divisão de spin, formam uma superposição coerente de amplitudes iguais.
O professor Koren observou: “Utilizamos os monolídeos de WS2 como material de ganho porque este dissulfeto de metal de transição com gap de banda direta possui um pseudo-spin de vale único e tem sido extensivamente estudado como um portador de informação alternativo em elétrons de vale. Especificamente, seus éxcitons de vale ±K (que irradiam na forma de emissores dipolares planares polarizados em spin) podem ser excitados seletivamente por luz polarizada em spin de acordo com as regras de seleção de comparação de vale, controlando assim ativamente um spin magneticamente livre.”fonte óptica.
Em uma microcavidade de vale de spin integrada de camada única, os éxcitons de vale ±K são acoplados ao estado de vale de spin ±K por meio de correspondência de polarização, e o laser de éxciton de spin à temperatura ambiente é obtido por forte realimentação de luz. Ao mesmo tempo, olaserO mecanismo leva os excítons do vale ±K, inicialmente independentes da fase, a encontrar o estado de perda mínima do sistema e restabelecer a correlação de bloqueio com base na fase geométrica oposta ao vale de spin ±K.
A coerência de vale, impulsionada por esse mecanismo de laser, elimina a necessidade de supressão de espalhamento intermitente em baixas temperaturas. Além disso, o estado de perda mínima do laser de monocamada de Rashba pode ser modulado pela polarização linear (circular) da bomba, o que proporciona uma maneira de controlar a intensidade do laser e a coerência espacial.
O professor Hasman explica: “O reveladofotônicaO efeito Rashba de spin-vale fornece um mecanismo geral para a construção de fontes ópticas de spin com emissão superficial. A coerência de vale demonstrada em uma microcavidade de spin-vale integrada em camada única nos aproxima da obtenção de emaranhamento de informação quântica entre excítons de vale ±K via qubits.
Há muito tempo, nossa equipe vem desenvolvendo óptica de spin, utilizando o spin do fóton como uma ferramenta eficaz para controlar o comportamento de ondas eletromagnéticas. Em 2018, intrigados pelo pseudo-spin de vale em materiais bidimensionais, iniciamos um projeto de longo prazo para investigar o controle ativo de fontes ópticas de spin em escala atômica na ausência de campos magnéticos. Utilizamos o modelo de defeito de fase de Berry não local para resolver o problema de obtenção de fase geométrica coerente a partir de um único éxciton de vale.
No entanto, devido à falta de um mecanismo de sincronização robusto entre os éxcitons, a superposição coerente fundamental de múltiplos éxcitons de vale na fonte de luz de camada única de Rashuba, que já foi alcançada, permanece um problema não resolvido. Essa questão nos inspira a pensar no modelo de Rashuba para fótons de alto Q. Após inovar com novos métodos físicos, implementamos o laser de camada única de Rashuba descrito neste artigo.
Essa conquista abre caminho para o estudo de fenômenos de correlação de spin coerente em campos clássicos e quânticos, e inaugura uma nova via para a pesquisa básica e o uso de dispositivos optoeletrônicos espintrônicos e fotônicos.