עולם חדש של מכשירים אופטו -אלקטרוניים

עולם חדש שלמכשירים אופטו -אלקטרוניים

חוקרים במכון הטכנולוגי של טכניון-ישראל פיתחו סיבוב מבוקר קוהרלילייזר אופטימבוסס על שכבה אטומית יחידה. תגלית זו התאפשרה על ידי אינטראקציה תלויה בספין קוהרנטית בין שכבה אטומית יחידה לסריג ספין פוטוני מוגבל אופקי, התומך בעמק ספין גבוה Q באמצעות פיצול ספין מסוג Rashaba של פוטונים של מצבים כבולים ברצף.
התוצאה, שפורסמה ב- Nature Materialמערכות קוונטיותופותח דרכים חדשות למחקר ויישומים בסיסיים של ספין אלקטרונים ופוטון במכשירים אופטו -אלקטרוניים. המקור האופטי הספין משלב את מצב הפוטון עם מעבר האלקטרונים, המספק שיטה ללימוד חילופי המידע הספין בין אלקטרונים לפוטונים ופיתוח מכשירים אופטו -אלקטרוניים מתקדמים.

מיקרו -יכולות אופטיות של עמק ספין נבנות על ידי ממשק סריגי ספין פוטוניים עם אסימטריה של היפוך (אזור ליבה צהוב) וסימטריה של היפוך (אזור חיפוי ציאן).
על מנת לבנות מקורות אלה, תנאי מוקדם הוא לחסל את ניוון הסיבוב בין שני מצבי ספין הפוכים בחלק הפוטון או האלקטרונים. בדרך כלל זה מושג על ידי יישום שדה מגנטי תחת אפקט פאראדיי או זיימן, אם כי שיטות אלה בדרך כלל דורשות שדה מגנטי חזק ואינן יכולות לייצר מיקרו -מקור. גישה מבטיחה נוספת מבוססת על מערכת מצלמה גיאומטרית המשתמשת בשדה מגנטי מלאכותי כדי לייצר מצבי פוטונים מפוצלים ספין במרחב המומנטום.
לרוע המזל, תצפיות קודמות על מצבי פיצול ספין הסתמכו מאוד על מצבי התפשטות גורמים נמוכים, אשר מטילים אילוצים שליליים על הקוהרנטיות המרחבית והזמנית של מקורות. גישה זו נפגעת גם מהאופי שבשליטת הספין של חומרים מרווח לייזר חסימה, שלא ניתן להשתמש בו בקלות כדי לשלוט באופן פעילמקורות קליםבמיוחד בהיעדר שדות מגנטיים בטמפרטורת החדר.
כדי להשיג מצבים מפוצצים ספין גבוהים, החוקרים בנו סריגי סיבוב פוטוניים עם סימטריות שונות, כולל גרעין עם אסימטריה של היפוך ומעטפה סימטרית היפוך המשולבת בשכבה יחידה WS2, כדי לייצר עמקי ספין מוגבלים לרוחב. הסריג הא -סימטרי ההפוך הבסיסי המשמש את החוקרים הוא בעל שני תכונות חשובות.
וקטור הסריג ההדדי התלוי לספין הניתן לשליטה הנגרם כתוצאה מהשונות החלל הגיאומטרי של הננו-ננו-ננו-ננו-ננו הטרוגני המורכב מהם. וקטור זה מפצל את רצועת השפלת הסיבוב לשני ענפים מקוטבים ספין במרחב המומנטום, המכונה אפקט רושברג פוטוני.
זוג מצבים גבוהים של Q סימטרי (מעין) קשורים ברצף, כלומר ± K (זווית פס ברילואין) עמקי ספין פוטון בקצה ענפי התפצל של ספין, מהווים סופרפוזיציה קוהרנטית של אמפליטודות שוות.
פרופסור קורן ציין: "השתמשנו במונולידים של WS2 כחומר הרווח מכיוון שהמעבר הישיר של פס-פער מתכת דיסולפיד יש פסאודו-ספין ייחודי של עמק ונחקר בהרחבה כמוביל מידע אלטרנטיבי באלקטרונים בעמק. באופן ספציפי, האקסיטונים של עמק ± k '(המקצנים בצורה של פולטות דיפול מקוטבות ספין-קוטביות מישוריות) יכולים להתרגש באופן סלקטיבי על ידי אור מקוטב ספין על פי כללי בחירת השוואת העמק, ובכך לשלוט באופן פעיל על ספין ספין חופשי מגנטיתמקור אופטי.
במיקרו-קוואוויטי משולב של עמק ספין, האקסיטונים של עמק ± K 'משולבים למצב העמק ± K ספין על ידי התאמת קיטוב, וליייזר האקסיטון הספין בטמפרטורת החדר מתממש על ידי משוב אור חזק. יחד עם זאת,לייזרהמנגנון מניע את האקסיטונים של עמק ± K 'בעמק תחילה למצוא את מצב ההפסד המינימלי של המערכת ולבסס מחדש את מתאם הנעילה על בסיס השלב הגיאומטרי מול עמק ± K ספין.
קוהרנטיות בעמק המונעת על ידי מנגנון לייזר זה מבטלת את הצורך בדיכוי טמפרטורה נמוכה של פיזור לסירוגין. בנוסף, ניתן לשנות את מצב ההפסד המינימלי של לייזר החד -שכבתי של Rashba על ידי קיטוב משאבה ליניארי (מעגלי), המספק דרך לשלוט בעוצמת הלייזר ועל קוהרנטיות מרחבית. "
פרופסור האסמן מסביר: "הנחשףפוטוניאפקט Rashba של עמק הספין מספק מנגנון כללי לבניית מקורות אופטיים ספין פולטים פני השטח. קוהרנטיות העמק שהודגמה במיקרו-קוואטי של עמק ספין משולב משולבת מקרבת לנו צעד אחד קרוב יותר להשגת הסתבכות מידע קוונטי בין ± k 'k' valley valley באמצעות qubits.
במשך זמן רב הצוות שלנו מפתח אופטיקה ספין, ומשתמש בספין פוטון ככלי יעיל לבקרת התנהגות גלים אלקטרומגנטיים. בשנת 2018, מסוקרן על ידי פסאודו-ספין בעמק בחומרים דו-ממדיים, התחלנו פרויקט ארוך טווח כדי לחקור את השליטה הפעילה במקורות אופטיים ספין אטומיים בהיעדר שדות מגנטיים. אנו משתמשים במודל פגמים בשלב שלב לא מקומי כדי לפתור את הבעיה של השגת שלב גיאומטרי קוהרנטי מאקסיטון בעמק יחיד.
עם זאת, בשל היעדר מנגנון סנכרון חזק בין אקסיטונים, הסופרפוזיציה הקוהרנטית הבסיסית של ריבוי אקסיטונים של עמק מרובים במקור האור של שכבון יחיד Rashuba שהושגה נותרה לא פתורה. בעיה זו מעוררת אותנו לחשוב על דגם Rashuba של פוטונים Q גבוהים. לאחר חידוש שיטות פיזיות חדשות, יישמנו את לייזר השכבה היחידה של Rashuba המתואר במאמר זה. "
הישג זה סולל את הדרך לחקר תופעות מתאם ספין קוהרנטיות בשדות קלאסיים וקוונטיים, ופותח דרך חדשה למחקר בסיסי ושימוש במכשירים אופטו -אלקטרוניים ספינטרוניים ופוטוניים.