Byd newydd odyfeisiau optoelectroneg
Mae ymchwilwyr yn Sefydliad Technoleg Technion-Israel wedi datblygu sbin a reolir yn gydlynollaser optegolyn seiliedig ar un haen atomig. Gwnaethpwyd y darganfyddiad hwn yn bosibl gan ryngweithio cydlynol sy'n dibynnu ar sbin rhwng un haen atomig a dellt troelli ffotonig wedi'i gyfyngu'n llorweddol, sy'n cynnal dyffryn troelliad uchel-Q trwy hollti ffotonau o gyflyrau rhwymedig yn y continwwm math Rashaba.
Mae’r canlyniad, a gyhoeddwyd yn Nature Materials ac a amlygwyd yn ei friff ymchwil, yn paratoi’r ffordd ar gyfer astudio ffenomenau cydlynol cysylltiedig â sbin mewn meysydd clasurol asystemau cwantwm, ac yn agor llwybrau newydd ar gyfer ymchwil sylfaenol a chymhwyso sbin electron a ffoton mewn dyfeisiau optoelectroneg. Mae'r ffynhonnell optegol sbin yn cyfuno'r modd ffoton â'r trawsnewidiad electronau, sy'n darparu dull ar gyfer astudio'r cyfnewid gwybodaeth sbin rhwng electronau a ffotonau a datblygu dyfeisiau optoelectroneg uwch.
Mae micro-geudodau optegol dyffryn sbin yn cael eu hadeiladu trwy ryngwynebu delltiau troelli ffotonig ag anghymesuredd gwrthdroad (rhanbarth craidd melyn) a chymesuredd gwrthdroad (rhanbarth cladin gwyrddlas).
Er mwyn adeiladu'r ffynonellau hyn, rhagofyniad yw dileu'r dirywiad sbin rhwng dau gyflwr sbin dirgroes yn y rhan ffoton neu'r electron. Cyflawnir hyn fel arfer 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 microsource. Mae dull addawol arall yn seiliedig ar system gamera geometrig sy'n defnyddio maes magnetig artiffisial i gynhyrchu cyflyrau sbin-hollt ffotonau yn y gofod momentwm.
Yn anffodus, mae arsylwadau blaenorol o gyflyrau hollt sbin wedi dibynnu'n helaeth ar foddau lluosogi ffactor màs isel, sy'n gosod cyfyngiadau andwyol ar gydlyniad gofodol ac amserol ffynonellau. Mae'r dull hwn hefyd yn cael ei lesteirio gan natur sbin-reoledig deunyddiau blocio cynnydd laser, 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 troelli Q uchel, adeiladodd yr ymchwilwyr delltiau troelli ffotonig gyda chymesuredd gwahanol, gan gynnwys craidd ag anghymesuredd gwrthdroad ac amlen cymesuredd gwrthdroad wedi'i hintegreiddio ag haen sengl WS2, i gynhyrchu dyffrynnoedd troelli â chyfyngiadau ochrol. Mae gan y dellt anghymesur gwrthdro sylfaenol a ddefnyddir gan yr ymchwilwyr ddau briodwedd pwysig.
Y fector dellt dwyochrog y gellir ei reoli sy'n dibynnu ar sbin a achosir gan yr amrywiad gofod cyfnod geometrig o'r nanoporws anisotropig heterogenaidd a gyfansoddwyd ohonynt. Mae'r fector hwn yn rhannu'r band diraddio sbin yn ddwy gangen sbin-begynol yn y gofod momentwm, a elwir yn effaith ffotonig Rushberg.
Mae pâr o gyflyrau rhwymedig cymesurol Q uchel (lled) yn y continwwm, sef dyffrynnoedd troelli ffoton ±K (band Brillouin Angle) ar ymyl canghennau hollti troelli, yn ffurfio arosodiad cydlynol o osgledau cyfartal.
Dywedodd yr Athro Koren: “Defnyddiwyd y monolidau WS2 fel y deunydd ennill oherwydd bod gan y disulfide metel trosiannol band-bwlch uniongyrchol hwn ffug-sbin cwm unigryw ac mae wedi'i astudio'n helaeth fel cludwr gwybodaeth amgen mewn electronau dyffryn. Yn benodol, gall eu excitons dyffryn ±K' (sy'n pelydru ar ffurf allyrwyr deupol sbin-begynol planar) gael eu cyffroi'n ddetholus gan olau sbin-begynol yn unol â rheolau dethol cymariaethau'r dyffryn, gan reoli troelli rhydd magnetig.ffynhonnell optegol.
Mewn microcavity dyffryn sbin integredig un-haen, mae excitons dyffryn ±K 'yn cael eu cyplysu â chyflwr dyffryn sbin ±K trwy baru polareiddio, ac mae'r laser exciton sbin ar dymheredd ystafell yn cael ei wireddu gan adborth golau cryf. Ar yr un pryd, ylasermecanwaith yn gyrru'r excitons dyffryn ±K 'annibynnol i ddechrau i ganfod cyflwr colled lleiaf y system ac ailsefydlu'r cydberthynas cloi i mewn yn seiliedig ar y cyfnod geometrig gyferbyn â'r dyffryn troelliad ±K.
Mae cydlyniad dyffryn sy'n cael ei yrru gan y mecanwaith laser hwn yn dileu'r angen am atal gwasgariad ysbeidiol ar dymheredd isel. Yn ogystal, gellir modiwleiddio cyflwr colled lleiaf laser monolayer Rashba trwy polareiddio pwmp llinellol (cylchol), sy'n darparu ffordd i reoli dwyster laser a chydlyniad gofodol. ”
Mae’r Athro Hasman yn esbonio: “The revealedffotonigMae effaith Rashba dyffryn troellog yn darparu mecanwaith cyffredinol ar gyfer adeiladu ffynonellau optegol troelli sy'n allyrru arwyneb. Mae cydlyniad y dyffryn a ddangoswyd mewn microgeudod dyffryn troelli integredig un haen yn dod â ni gam yn nes at gyflawni cysylltiad gwybodaeth cwantwm rhwng excitons dyffryn ±K' trwy qubits.
Ers amser maith, mae ein tîm wedi bod yn datblygu opteg sbin, gan ddefnyddio sbin ffoton fel arf effeithiol ar gyfer rheoli ymddygiad tonnau electromagnetig. Yn 2018, wedi ein swyno gan ffug-sbin y dyffryn mewn deunyddiau dau ddimensiwn, fe wnaethom ddechrau prosiect hirdymor i ymchwilio i reolaeth weithredol ffynonellau optegol troelli ar raddfa atomig yn absenoldeb meysydd magnetig. Rydym yn defnyddio'r model diffyg cam Berry nad yw'n lleol i ddatrys y broblem o gael cyfnod geometrig cydlynol o exciton un dyffryn.
Fodd bynnag, oherwydd diffyg mecanwaith cydamseru cryf rhwng excitons, mae arosodiad cydlynol sylfaenol excitons dyffryn lluosog yn ffynhonnell golau un haen Rashuba sydd wedi'i gyflawni yn parhau i fod heb ei ddatrys. Mae'r broblem hon yn ein hysbrydoli i feddwl am fodel Rashuba o ffotonau Q uchel. Ar ôl arloesi dulliau corfforol newydd, rydym wedi gweithredu’r laser un haen Rashuba a ddisgrifir yn y papur hwn.”
Mae'r cyflawniad hwn yn paratoi'r ffordd ar gyfer astudio ffenomenau cydberthynas sbin cydlynol mewn meysydd clasurol a chwantwm, ac yn agor ffordd newydd ar gyfer ymchwil sylfaenol a defnyddio dyfeisiau optoelectroneg spintronig a ffotonig.
Amser post: Maw-12-2024