ოპტოელექტრონული მოწყობილობების ახალი სამყარო

ახალი სამყაროოპტოელექტრონული მოწყობილობები

ტექნიონ-ისრაელის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მკვლევრებმა შეიმუშავეს თანმიმდევრულად კონტროლირებადი ბრუნვის მოწყობილობა.ოპტიკური ლაზერიერთ ატომურ ფენაზე დაფუძნებული. ეს აღმოჩენა შესაძლებელი გახდა ერთ ატომურ ფენასა და ჰორიზონტალურად შეზღუდულ ფოტონურ სპინურ მესერს შორის კოჰერენტული სპინ-დამოკიდებული ურთიერთქმედების წყალობით, რომელიც მხარს უჭერს მაღალი Q სპინურ ველს რაშაბას ტიპის სპინური დაყოფის გზით შეკავშირებული მდგომარეობების ფოტონების კონტინუუმში.
შედეგი, რომელიც გამოქვეყნდა Nature Materials-ში და ხაზგასმულია მის კვლევით ნაშრომში, გზას უხსნის კლასიკურ და...კვანტური სისტემებიდა ახალ გზებს ხსნის ელექტრონებისა და ფოტონების სპინის ფუნდამენტური კვლევისა და ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში გამოყენებისთვის. სპინის ოპტიკური წყარო აერთიანებს ფოტონის რეჟიმს ელექტრონულ გადასვლასთან, რაც უზრუნველყოფს მეთოდს ელექტრონებსა და ფოტონებს შორის სპინის ინფორმაციის გაცვლის შესასწავლად და მოწინავე ოპტოელექტრონული მოწყობილობების შესაქმნელად.

სპინური ველის ოპტიკური მიკროღრუები აგებულია ფოტონური სპინური ბადეების ინვერსიული ასიმეტრიის (ყვითელი ბირთვის რეგიონი) და ინვერსიული სიმეტრიის (ცისფერი გარსის რეგიონი) ერთმანეთთან შეერთებით.
ამ წყაროების შესაქმნელად წინაპირობაა ფოტონის ან ელექტრონული ნაწილის ორ საპირისპირო სპინურ მდგომარეობას შორის სპინის გადაგვარების აღმოფხვრა. ეს, როგორც წესი, მიიღწევა ფარადეის ან ზეემანის ეფექტის ქვეშ მაგნიტური ველის გამოყენებით, თუმცა ეს მეთოდები, როგორც წესი, ძლიერ მაგნიტურ ველს მოითხოვს და მიკროწყაროს წარმოქმნა არ შეუძლიათ. კიდევ ერთი პერსპექტიული მიდგომა ეფუძნება გეომეტრიულ კამერის სისტემას, რომელიც იყენებს ხელოვნურ მაგნიტურ ველს ფოტონების სპინ-გაყოფის მდგომარეობების გენერირებისთვის იმპულსის სივრცეში.
სამწუხაროდ, სპინის გაყოფილი მდგომარეობების წინა დაკვირვებები დიდწილად ეყრდნობოდა დაბალი მასის ფაქტორის გავრცელების რეჟიმებს, რაც უარყოფით შეზღუდვებს აწესებს წყაროების სივრცით და დროებით თანმიმდევრულობაზე. ამ მიდგომას ასევე აფერხებს ბლოკური ლაზერული გაძლიერების მასალების სპინით კონტროლირებადი ბუნება, რომელთა გამოყენება აქტიური კონტროლისთვის არ შეიძლება ან ადვილად არ შეიძლება.სინათლის წყაროებიგანსაკუთრებით ოთახის ტემპერატურაზე მაგნიტური ველების არარსებობის შემთხვევაში.
მაღალი Q სპინ-გაყოფის მდგომარეობების მისაღწევად, მკვლევრებმა შექმნეს ფოტონური სპინური ბადეები სხვადასხვა სიმეტრიით, მათ შორის ინვერსიული ასიმეტრიის მქონე ბირთვი და ინვერსიული სიმეტრიული გარსი, რომელიც ინტეგრირებულია WS2 ერთშრესთან, რათა წარმოექმნათ გვერდითი შეზღუდვის სპინური ველები. მკვლევრების მიერ გამოყენებულ ძირითად ინვერსიულ ასიმეტრიულ ბადეს ორი მნიშვნელოვანი თვისება აქვს.
მათგან შემდგარი ჰეტეროგენული ანიზოტროპული ნანოფორების გეომეტრიული ფაზური სივრცის ვარიაციით გამოწვეული კონტროლირებადი სპინ-დამოკიდებული ორმხრივი ბადისებრი ვექტორი. ეს ვექტორი სპინ-დეგრადაციის ზოლს იმპულსის სივრცეში ორ სპინ-პოლარიზებულ ტოტად ყოფს, რაც ფოტონური რაშბერგის ეფექტის სახელითაა ცნობილი.
კონტინუუმში მაღალი Q სიმეტრიული (კვაზი) შეკრული მდგომარეობების წყვილი, კერძოდ, ±K (ბრილუენის ზოლის კუთხე) ფოტონის სპინური ველები სპინის გამყოფი ტოტების კიდეებზე, ქმნის თანაბარი ამპლიტუდების კოჰერენტულ სუპერპოზიციას.
პროფესორმა კორენმა აღნიშნა: „ჩვენ გამოვიყენეთ WS2 მონოლიდები, როგორც გაძლიერების მასალა, რადგან ამ პირდაპირ ზოლურ უფსკრულში გარდამავალ მეტალის დისულფიდს აქვს უნიკალური ველის ფსევდო-სპინი და ფართოდ არის შესწავლილი, როგორც ალტერნატიული ინფორმაციის მატარებელი ველის ელექტრონებში. კერძოდ, მათი ±K 'ველის ექსციტონები (რომლებიც ასხივებენ ბრტყელი სპინ-პოლარიზებული დიპოლური ემიტერების სახით) შეიძლება შერჩევითად აღიგზნოს სპინ-პოლარიზებული სინათლით ველის შედარების შერჩევის წესების შესაბამისად, რითაც აქტიურად ვაკონტროლებთ მაგნიტურად თავისუფალ სპინს“.ოპტიკური წყარო.
ერთშრიანი ინტეგრირებული სპინური ველის მიკროღრუში, ±K 'ველის ექსციტონები ±K სპინური ველის მდგომარეობასთან პოლარიზაციის შესაბამისობით არიან დაკავშირებული და ოთახის ტემპერატურაზე სპინური ექსციტონური ლაზერი ძლიერი სინათლის უკუკავშირით ხორციელდება. ამავდროულად,ლაზერიმექანიზმი ამოძრავებს თავდაპირველად ფაზისგან დამოუკიდებელ ±K 'ველის ექსციტონებს, რათა იპოვონ სისტემის მინიმალური დანაკარგის მდგომარეობა და აღადგინონ ჩაკეტვის კორელაცია ±K სპინური ველის მოპირდაპირე გეომეტრიული ფაზის საფუძველზე.
ამ ლაზერული მექანიზმით მართული ველის კოჰერენტულობა გამორიცხავს წყვეტილი გაფანტვის დაბალ ტემპერატურაზე ჩახშობის საჭიროებას. გარდა ამისა, რაშბას ერთშრიანი ლაზერის მინიმალური დანაკარგის მდგომარეობის მოდულირება შესაძლებელია წრფივი (წრიული) ტუმბოს პოლარიზაციით, რაც ლაზერის ინტენსივობისა და სივრცითი კოჰერენტულობის კონტროლის საშუალებას იძლევა.
პროფესორი ჰასმანი განმარტავს: „გამოვლენილიფოტონურისპინური ველის რაშბას ეფექტი ზედაპირული გამოსხივების სპინური ოპტიკური წყაროების აგების ზოგად მექანიზმს წარმოადგენს. ერთშრიან ინტეგრირებულ სპინური ველის მიკროღრუში ნაჩვენები ველის კოჰერენტულობა ერთი ნაბიჯით გვაახლოებს ±K' ველის ექსციტონებს შორის კვანტური ინფორმაციის ჩახლართულობის მიღწევასთან ქუბიტების მეშვეობით.
დიდი ხანია, ჩვენი გუნდი ავითარებს სპინურ ოპტიკას, ფოტონის სპინის გამოყენებით, როგორც ელექტრომაგნიტური ტალღების ქცევის კონტროლის ეფექტურ ინსტრუმენტს. 2018 წელს, ორგანზომილებიან მასალებში ხეობის ფსევდოსპინით დაინტერესებულმა, დავიწყეთ გრძელვადიანი პროექტი, რათა გამოგვეკვლია ატომური მასშტაბის სპინური ოპტიკური წყაროების აქტიური კონტროლი მაგნიტური ველების არარსებობის შემთხვევაში. ჩვენ ვიყენებთ არალოკალურ ბერის ფაზის დეფექტის მოდელს, რათა გადავჭრათ ერთი ხეობის ექსციტონიდან კოჰერენტული გეომეტრიული ფაზის მიღების პრობლემა.
თუმცა, ექსციტონებს შორის ძლიერი სინქრონიზაციის მექანიზმის არარსებობის გამო, რაშუბას ერთშრიან სინათლის წყაროში მრავალი ხეობის ექსციტონის ფუნდამენტური კოჰერენტული სუპერპოზიცია, რომელიც მიღწეულია, გადაუჭრელი რჩება. ეს პრობლემა გვაძლევს შთაგონებას, ვიფიქროთ მაღალი Q ფოტონების რაშუბას მოდელზე. ახალი ფიზიკური მეთოდების ინოვაციის შემდეგ, ჩვენ დავნერგეთ ამ ნაშრომში აღწერილი რაშუბას ერთშრიანი ლაზერი.
ეს მიღწევა გზას უხსნის კლასიკურ და კვანტურ ველებში კოჰერენტული სპინური კორელაციის ფენომენების შესწავლას და ახალ გზას უხსნის სპინტრონული და ფოტონური ოპტოელექტრონული მოწყობილობების საბაზისო კვლევასა და გამოყენებას.