Um novo mundo de dispositivos optoeletrônicos

Um novo mundo dedispositivos optoeletrônicos

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia Technion-Israel desenvolveram um spin controlado de forma coerentelaser ópticobaseado em uma única camada atômica. Esta descoberta foi possível por uma interação dependente de spin coerente entre uma única camada atômica e uma rede de spin fotônica restrita horizontalmente, que suporta um vale de spin de alto Q através da divisão de spin do tipo Rashaba de fótons de estados ligados no continuum.
O resultado, publicado na Nature Materials e destacado em seu resumo de pesquisa, abre caminho para o estudo de fenômenos coerentes relacionados ao spin nas ciências clássica esistemas quânticose abre novos caminhos para pesquisas fundamentais e aplicações de spin de elétrons e fótons em dispositivos optoeletrônicos. A fonte óptica de spin combina o modo fóton com a transição eletrônica, que fornece um método para estudar a troca de informações de spin entre elétrons e fótons e desenvolver dispositivos optoeletrônicos avançados.

Microcavidades ópticas de spin Valley são construídas pela interface de redes de spin fotônicas com assimetria de inversão (região de núcleo amarelo) e simetria de inversão (região de revestimento ciano).
Para construir essas fontes, um pré-requisito é eliminar a degeneração de spin entre dois estados de spin opostos na parte do fóton ou do elétron. Isso geralmente é conseguido aplicando um campo magnético sob efeito Faraday ou Zeeman, embora esses métodos geralmente exijam um campo magnético forte e não possam produzir uma microfonte. Outra abordagem promissora é baseada em um sistema de câmera geométrica que usa um campo magnético artificial para gerar estados spin-split de fótons no espaço de momentos.
Infelizmente, observações anteriores de estados de divisão de spin basearam-se fortemente em modos de propagação de fator de baixa massa, que impõem restrições adversas à coerência espacial e temporal das fontes. Esta abordagem também é dificultada pela natureza controlada por rotação dos materiais em blocos com ganho de laser, que não podem ou não podem ser facilmente usados ​​para controlar ativamente.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 simétrico de inversão integrado com uma camada única WS2, para produzir vales de spin restritos lateralmente. A rede assimétrica inversa básica usada pelos pesquisadores tem duas propriedades importantes.
O vetor de rede recíproca dependente de spin controlável causado pela variação geométrica do espaço de fase dos nanoporos anisotrópicos heterogêneos compostos por eles. Este vetor divide a banda de degradação de spin em dois ramos polarizados por spin no espaço de momento, conhecido como efeito Rushberg fotônico.
Um par de estados ligados simétricos (quase) de alto Q no continuum, ou seja, vales de spin de fótons ±K (ângulo de banda de Brillouin) na borda dos ramos de divisão de spin, formam uma superposição coerente de amplitudes iguais.
O professor Koren observou: “Usamos os monólidos WS2 como material de ganho porque este dissulfeto de metal de transição de banda direta tem um pseudo-spin de vale único e tem sido extensivamente estudado como um portador de informação alternativo em elétrons de vale. Especificamente, seus excitons de vale ±K '(que irradiam na forma de emissores dipolo planares polarizados por spin) podem ser excitados seletivamente por luz polarizada por spin de acordo com as regras de seleção de comparação de vale, controlando assim ativamente um spin magneticamente livrefonte óptica.
Em uma microcavidade de vale de spin integrada de camada única, os excitons de vale ±K 'são acoplados ao estado de vale de spin ±K por correspondência de polarização, e o laser de exciton de spin à temperatura ambiente é realizado por forte feedback de luz. Ao mesmo tempo, olaserO mecanismo aciona os excitons de vale ±K' inicialmente independentes de fase para encontrar o estado de perda mínima do sistema e restabelecer a correlação de lock-in com base na fase geométrica oposta ao vale de spin ±K.
A coerência do vale impulsionada por este mecanismo de laser elimina a necessidade de supressão de dispersão intermitente em baixa temperatura. Além disso, o estado de perda mínima do laser monocamada Rashba pode ser modulado pela polarização da bomba linear (circular), que fornece uma maneira de controlar a intensidade do laser e a coerência espacial.”
O professor Hasman explica: “O reveladofotônicoO efeito Spin Valley Rashba fornece um mecanismo geral para a construção de fontes ópticas de spin emissoras de superfície. A coerência do vale demonstrada em uma microcavidade de vale de spin integrada de camada única nos traz um passo mais perto de alcançar o emaranhamento de informações quânticas entre excitons de vale ±K 'via qubits.
Há muito tempo, nossa equipe vem desenvolvendo a óptica de spin, utilizando o spin dos fótons como uma ferramenta eficaz para controlar o comportamento das ondas eletromagnéticas. Em 2018, intrigados com o pseudo-spin do 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. Usamos 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 exciton de vale.
No entanto, devido à falta de um forte mecanismo de sincronização entre excitons, a superposição coerente fundamental de múltiplos excitons de vale na fonte de luz de camada única Rashuba que foi alcançada permanece sem solução. Este problema nos inspira a pensar no modelo Rashuba de fótons Q elevados. Depois de inovar em novos métodos físicos, implementamos o laser de camada única Rashuba descrito neste artigo.”
Esta conquista abre caminho para o estudo de fenômenos coerentes de correlação de spin nos campos clássico e quântico, e abre um novo caminho para a pesquisa básica e o uso de dispositivos optoeletrônicos spintrônicos e fotônicos.