Byd newydd odyfeisiau optoelectronig
Mae ymchwilwyr yn Sefydliad Technoleg Technion-Israel wedi datblygu troelli dan reolaeth gydlynollaser optegolyn seiliedig ar un haen atomig. Gwnaed y darganfyddiad hwn yn bosibl gan ryngweithio cydlynol sy'n ddibynnol ar sbin rhwng un haen atomig a dellt sbin ffotonig â chyfyngiad llorweddol, sy'n cynnal dyffryn sbin Q uchel trwy hollti sbin tebyg i Rashaba o ffotonau o gyflyrau rhwym yn y continwwm.
Mae'r canlyniad, a gyhoeddwyd yn Nature Materials ac a amlygwyd yn ei grynodeb ymchwil, yn paratoi'r ffordd ar gyfer astudio ffenomenau cydlynol sy'n gysylltiedig â sbin mewn clasurol asystemau cwantwm, ac yn agor llwybrau newydd ar gyfer ymchwil sylfaenol a chymwysiadau sbin electronau a ffotonau mewn dyfeisiau optoelectronig. Mae'r ffynhonnell optegol sbin yn cyfuno'r modd ffoton â'r trawsnewidiad electron, sy'n darparu dull ar gyfer astudio'r cyfnewid gwybodaeth sbin rhwng electronau a ffotonau a datblygu dyfeisiau optoelectronig uwch.
Mae microceudodau optegol dyffrynnoedd sbin yn cael eu hadeiladu trwy ryngwynebu delltiau sbin ffotonig ag anghymesuredd gwrthdroad (rhanbarth craidd melyn) a chymesuredd gwrthdroad (rhanbarth cladio gwyrddlas).
Er mwyn adeiladu'r ffynonellau hyn, rhagofyniad yw dileu'r dirywiad sbin rhwng dau gyflwr sbin gyferbyniol yn rhan y ffoton neu'r electron. Fel arfer, cyflawnir hyn trwy gymhwyso maes magnetig o dan effaith Faraday neu Zeeman, er bod y dulliau hyn fel arfer yn gofyn am faes magnetig cryf ac ni allant gynhyrchu microffynhonnell. Mae dull addawol arall yn seiliedig ar system gamera geometrig sy'n defnyddio maes magnetig artiffisial i gynhyrchu cyflyrau hollti-sbin ffotonau mewn gofod momentwm.
Yn anffodus, mae arsylwadau blaenorol o gyflyrau hollti sbin wedi dibynnu'n helaeth ar ddulliau lluosogi ffactor màs isel, sy'n gosod cyfyngiadau andwyol ar gydlyniant gofodol ac amserol ffynonellau. Mae'r dull hwn hefyd yn cael ei rwystro gan natur reoli sbin deunyddiau ennill laser blociog, na ellir neu na ellir eu defnyddio'n hawdd i reoli'n weithredol.ffynonellau golau, yn enwedig yn absenoldeb meysydd magnetig ar dymheredd ystafell.
Er mwyn cyflawni cyflyrau hollti sbin Q uchel, adeiladodd yr ymchwilwyr ddelltiau sbin ffotonig gyda gwahanol gymesureddau, gan gynnwys craidd ag anghymesuredd gwrthdroad ac amlen gymesur gwrthdroad wedi'i hintegreiddio ag un haen WS2, i gynhyrchu dyffrynnoedd sbin â chyfyngiadau ochrol. Mae gan y dellt anghymesur gwrthdro sylfaenol a ddefnyddir gan yr ymchwilwyr ddau briodwedd bwysig.
Y fector dellt cilyddol rheoladwy sy'n ddibynnol ar sbin a achosir gan amrywiad gofod cyfnod geometrig y nanobandyllog anisotropig heterogenaidd sy'n cynnwys y rhain. Mae'r fector hwn yn hollti'r band diraddio sbin yn ddwy gangen wedi'u polareiddio gan sbin mewn gofod momentwm, a elwir yn effaith ffotonig Rushberg.
Mae pâr o gyflyrau rhwym cymesur (cwasi) Q uchel yn y continwwm, sef dyffrynnoedd sbin ffoton ±K (Ongl band Brillouin) ar ymyl canghennau hollti sbin, yn ffurfio uwchosodiad cydlynol o osgledau cyfartal.
Nododd yr Athro Koren: “Defnyddiwyd y monolidau WS2 fel y deunydd ennill oherwydd bod gan y disulfid metel pontio bwlch-band uniongyrchol hwn ffug-sbin dyffryn unigryw ac mae wedi cael ei astudio’n helaeth fel cludwr gwybodaeth amgen mewn electronau dyffryn. Yn benodol, gellir cyffroi eu hecsitonau dyffryn ±K '(sy'n pelydru ar ffurf allyrwyr dipol sbin-bolar planar) yn ddetholus gan olau sbin-bolar yn ôl rheolau dethol cymharu dyffryn, gan reoli sbin rhydd magnetig yn weithredol.ffynhonnell optegol.
Mewn microceudod dyffryn sbin integredig un haen, mae'r excitonau dyffryn ±K 'wedi'u cyplysu â chyflwr dyffryn sbin ±K trwy baru polareiddio, ac mae'r laser exciton sbin ar dymheredd ystafell yn cael ei wireddu trwy adborth golau cryf. Ar yr un pryd, ylaserMae'r mecanwaith yn gyrru'r excitonau dyffryn ±K sy'n annibynnol ar gam i ddechrau i ddod o hyd i gyflwr colled lleiaf y system ac ailsefydlu'r gydberthynas cloi yn seiliedig ar y cam geometrig gyferbyn â dyffryn sbin ±K.
Mae cydlyniant dyffryn sy'n cael ei yrru gan y mecanwaith laser hwn yn dileu'r angen i atal gwasgariad ysbeidiol ar dymheredd isel. Yn ogystal, gellir modiwleiddio cyflwr colled lleiaf laser monohaen Rashba trwy bolareiddio pwmp llinol (cylchol), sy'n darparu ffordd o reoli dwyster laser a chydlyniant gofodol.
Mae'r Athro Hasman yn egluro: “Y datgelwydffotonigMae effaith Rashba dyffryn sbin yn darparu mecanwaith cyffredinol ar gyfer adeiladu ffynonellau optegol sbin sy'n allyrru arwyneb. Mae'r cydlyniant dyffryn a ddangosir mewn microceudod dyffryn sbin integredig un haen yn dod â ni un cam yn nes at gyflawni cydblethiad gwybodaeth cwantwm rhwng excitonau dyffryn ±K 'trwy giwbitau.
Ers amser maith, mae ein tîm wedi bod yn datblygu opteg sbin, gan ddefnyddio sbin ffoton fel offeryn effeithiol ar gyfer rheoli ymddygiad tonnau electromagnetig. Yn 2018, wedi ein chwilfrydu gan y ffug-sbin dyffryn mewn deunyddiau dau ddimensiwn, fe ddechreuon ni brosiect hirdymor i ymchwilio i reolaeth weithredol ffynonellau optegol sbin ar raddfa atomig yn absenoldeb meysydd magnetig. Rydym yn defnyddio'r model diffyg cyfnod Berry anleol i ddatrys y broblem o gael cyfnod geometrig cydlynol o exciton dyffryn sengl.
Fodd bynnag, oherwydd diffyg mecanwaith cydamseru cryf rhwng excitonau, mae'r uwchosodiad cydlynol sylfaenol o excitonau dyffryn lluosog yn ffynhonnell golau haen sengl Rashuba a gyflawnwyd yn parhau heb ei ddatrys. Mae'r broblem hon yn ein hysbrydoli i feddwl am fodel Rashuba o ffotonau Q uchel. Ar ôl arloesi dulliau ffisegol newydd, rydym wedi gweithredu'r laser haen sengl Rashuba a ddisgrifir yn y papur hwn.
Mae'r cyflawniad hwn yn paratoi'r ffordd ar gyfer astudio ffenomenau cydberthynas sbin gydlynol mewn meysydd clasurol a chwantwm, ac yn agor ffordd newydd ar gyfer ymchwil sylfaenol a defnyddio dyfeisiau optoelectronig sbintronig a ffotonig.
Amser postio: Mawrth-12-2024