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. Essa descoberta foi possível graças a uma interação coerente dependente de spin entre uma única camada atômica e uma rede de spin fotônica horizontalmente restrita, que suporta um vale de spin de alto Q por meio da divisão 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 esistemas quânticos, e 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 fóton com a transição de elétrons, o que fornece 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 de 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 degeneração do spin entre dois estados de spin opostos na parte do fóton ou do elétron. Isso geralmente é obtido pela aplicação de um campo magnético sob um 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 utiliza um campo magnético artificial para gerar estados de spin-split de fótons no espaço de momento.
Infelizmente, observações anteriores de estados de divisão de spin dependeram fortemente de modos de propagação com baixo fator de massa, que impõem restrições adversas à coerência espacial e temporal das fontes. Essa abordagem também é prejudicada pela natureza controlada por spin de materiais de ganho de laser em blocos, 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 atingir estados de divisão de spin de alto Q, os pesquisadores construíram redes de spin fotônico com diferentes simetrias, incluindo um núcleo com assimetria de inversão e um envelope simétrico de inversão integrado a uma única camada WS2, para produzir vales de spin com restrições laterais. A rede assimétrica inversa básica utilizada pelos pesquisadores possui duas propriedades importantes.
O vetor de rede recíproca controlável dependente do spin, causado pela variação geométrica do espaço de fase dos nanoporos anisotrópicos heterogêneos compostos por eles, divide a banda de degradação do spin em dois ramos polarizados pelo spin no espaço de momento, conhecido como efeito Rushberg fotônico.
Um par de estados ligados (quase) simétricos 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 com banda proibida direta possui um pseudo-spin de vale único e tem sido extensivamente estudado como um portador alternativo de informação em elétrons de vale. Especificamente, seus excitons de vale ±K (que irradiam na forma de emissores dipolo polarizados por spin planar) podem ser excitados seletivamente por luz polarizada por spin de acordo com 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 excitons de vale de ±K são acoplados ao estado de vale de spin de ±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 bloqueio com base na fase geométrica oposta ao vale de spin ±K.
A coerência de vale impulsionada por este mecanismo de laser elimina a necessidade de supressão de espalhamento intermitente em baixas temperaturas. Além disso, o estado de perda mínima do laser monocamada Rashba pode ser modulado por polarização de bomba linear (circular), o que proporciona uma maneira de controlar a intensidade do laser e a coerência espacial.
O professor Hasman explica: “A revelaçãofotônicoO efeito Rashba do vale de spin fornece um mecanismo geral para a construção de fontes ópticas de spin emissoras de superfície. A coerência de vale demonstrada em uma microcavidade de vale de spin integrada de camada única nos aproxima um passo da obtenção do emaranhamento de informação quântica entre excitons de vale de ±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 pseudospin 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 não local de Berry para resolver o problema de obtenção de fase geométrica coerente a partir de um único éxciton de vale.
No entanto, devido à ausência de um mecanismo de sincronização forte entre os éxcitons, a superposição coerente fundamental de múltiplos éxcitons de vale na fonte de luz de camada única de Rashuba permanece sem solução. Este problema nos inspira a pensar no modelo de Rashuba para fótons de alto Q. Após inovarmos 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 abre um novo caminho para a pesquisa básica e o uso de dispositivos optoeletrônicos fotônicos e spintrônicos.