ოპტოელექტრონული მოწყობილობების ახალი სამყარო

ახალი სამყაროოპტოელექტრონული მოწყობილობები

ტექნიონ-ისრაელის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის მკვლევარებმა შეიმუშავეს თანმიმდევრულად კონტროლირებადი სპინიოპტიკური ლაზერიერთი ატომური შრის საფუძველზე. ეს აღმოჩენა შესაძლებელი გახდა სპინზე დამოკიდებული თანმიმდევრული ურთიერთქმედებით ერთ ატომურ ფენასა და ჰორიზონტალურად შეზღუდულ ფოტონიკურ სპინის გისოსებს შორის, რომელიც მხარს უჭერს მაღალი Q სპინის ველს რაშაბას ტიპის სპინის გაყოფით შეკრული მდგომარეობების ფოტონების კონტინიუმში.
შედეგი, გამოქვეყნებული Nature Materials-ში და ხაზგასმულია მის კვლევით ბრიფინგში, გზას უხსნის სპინთან დაკავშირებული თანმიმდევრული ფენომენების შესწავლას კლასიკურ დაკვანტური სისტემებიდა ხსნის ახალ გზებს ფუნდამენტური კვლევისთვის და ელექტრონისა და ფოტონის სპინის გამოყენებისთვის ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებში. სპინის ოპტიკური წყარო აერთიანებს ფოტონის რეჟიმს ელექტრონულ გადასვლასთან, რაც უზრუნველყოფს მეთოდს ელექტრონებსა და ფოტონებს შორის სპინის ინფორმაციის გაცვლის შესასწავლად და მოწინავე ოპტოელექტრონული მოწყობილობების განვითარებისთვის.

სპინის ველის ოპტიკური მიკროკავეტები აგებულია ფოტონიკური სპინის გისოსებით, ინვერსიული ასიმეტრიით (ყვითელი ბირთვის რეგიონი) და ინვერსიული სიმეტრიით (ცისფერი მოპირკეთების რეგიონი).
ამ წყაროების ასაშენებლად, წინაპირობაა აღმოფხვრას სპინის დეგენერაცია ფოტონის ან ელექტრონის ნაწილში ორ საპირისპირო სპინის მდგომარეობას შორის. ეს ჩვეულებრივ მიიღწევა მაგნიტური ველის გამოყენებით ფარადეის ან ზეემანის ეფექტის ქვეშ, თუმცა ეს მეთოდები ჩვეულებრივ მოითხოვს ძლიერ მაგნიტურ ველს და ვერ წარმოქმნის მიკროწყალს. კიდევ ერთი პერსპექტიული მიდგომა ეფუძნება გეომეტრიულ კამერის სისტემას, რომელიც იყენებს ხელოვნურ მაგნიტურ ველს იმპულსის სივრცეში ფოტონების სპინ-გაყოფის მდგომარეობების შესაქმნელად.
სამწუხაროდ, სპინის გაყოფის მდგომარეობების წინა დაკვირვებები დიდწილად ეყრდნობოდა დაბალი მასის ფაქტორის გავრცელების რეჟიმებს, რაც უარყოფით შეზღუდვებს აწესებს წყაროების სივრცით და დროებით თანმიმდევრულობაზე. ამ მიდგომას ასევე აფერხებს ბლოკირებული ლაზერული გამაძლიერებელი მასალების სპინით კონტროლირებადი ბუნება, რომელიც არ შეიძლება ან არ შეიძლება ადვილად იქნას გამოყენებული აქტიური კონტროლისთვის.სინათლის წყაროებიგანსაკუთრებით ოთახის ტემპერატურაზე მაგნიტური ველების არარსებობის შემთხვევაში.
მაღალი Q სპინის გაყოფის მდგომარეობების მისაღწევად, მკვლევარებმა ააგეს ფოტონიკური სპინის გისოსები სხვადასხვა სიმეტრიით, მათ შორის ბირთვი ინვერსიული ასიმეტრიით და ინვერსიული სიმეტრიული კონვერტი ინტეგრირებული WS2 ერთ ფენასთან, რათა წარმოექმნათ გვერდითი შეზღუდული სპინის ხეობები. მკვლევართა მიერ გამოყენებული ძირითადი ინვერსიული ასიმეტრიული გისოსი ორი მნიშვნელოვანი თვისებაა.
კონტროლირებადი სპინზე დამოკიდებული ორმხრივი მედის ვექტორი, რომელიც გამოწვეულია მათგან შედგენილი ჰეტეროგენული ანისოტროპული ნანოფორების გეომეტრიული ფაზის სივრცის ცვალებადობით. ეს ვექტორი ყოფს სპინის დეგრადაციის ზოლს ორ სპინის პოლარიზებულ ტოტად იმპულსის სივრცეში, რომელიც ცნობილია როგორც ფოტონიკური რაშბერგის ეფექტი.
მაღალი Q სიმეტრიული (კვაზი) შეკრული მდგომარეობები კონტინიუმში, კერძოდ ±K (ბრილუინის ზოლის კუთხე) ფოტონის სპინის ველები სპინის გაყოფის ტოტების კიდეზე, ქმნიან თანაბარი ამპლიტუდების თანმიმდევრულ სუპერპოზიციას.
პროფესორმა კორენმა აღნიშნა: „ჩვენ გამოვიყენეთ WS2 მონოლიდები, როგორც გამაძლიერებელი მასალა, რადგან ამ პირდაპირ ზოლში გარდამავალი ლითონის დისულფიდს აქვს უნიკალური ველის ფსევდო-სპინი და ფართოდ იქნა შესწავლილი, როგორც ალტერნატიული ინფორმაციის მატარებელი ხეობის ელექტრონებში. კონკრეტულად, მათი ±K' ველის ექსციტონები (რომლებიც ასხივებენ პლანზური სპინის პოლარიზებული დიპოლური ემიტერების სახით) შეიძლება შერჩევით აღგზნდეს სპინი-პოლარიზებული შუქით ხეობის შედარების შერჩევის წესების მიხედვით, რითაც აქტიურად აკონტროლებს მაგნიტურ თავისუფალ ტრიალს.ოპტიკური წყარო.
ერთშრიანი ინტეგრირებული სპინის ველის მიკროკავში, ±K' ველის ეგციტონები ±K სპინის ველის მდგომარეობასთან არის დაწყვილებული პოლარიზაციის შესატყვისით, და ოთახის ტემპერატურაზე სპინის ექსციტონის ლაზერი რეალიზდება ძლიერი სინათლის გამოხმაურებით. ამავე დროს,ლაზერულიმექანიზმი ამოძრავებს თავდაპირველად ფაზა-დამოუკიდებელ ±K' ველის ექსციტონებს სისტემის მინიმალური დანაკარგის მდგომარეობის მოსაძებნად და აღადგენს ჩაკეტვის კორელაციას გეომეტრიული ფაზის საფუძველზე ±K სპინის ველის მოპირდაპირე მხარეს.
ამ ლაზერული მექანიზმით გამოწვეული ხეობის თანმიმდევრულობა გამორიცხავს წყვეტილი გაფანტვის დაბალი ტემპერატურის ჩახშობის აუცილებლობას. გარდა ამისა, რაშბას ერთფენიანი ლაზერის მინიმალური დანაკარგის მდგომარეობა შეიძლება მოდულირებული იყოს წრფივი (წრიული) ტუმბოს პოლარიზაციის გზით, რაც უზრუნველყოფს ლაზერის ინტენსივობისა და სივრცითი თანმიმდევრობის კონტროლის საშუალებას.
პროფესორი ჰასმანი განმარტავს: „გამოვლენილიფოტონიკურიspin Valley Rashba ეფექტი უზრუნველყოფს ზოგად მექანიზმს ზედაპირული გამოსხივების სპინის ოპტიკური წყაროების შესაქმნელად. ხეობის თანმიმდევრულობა, რომელიც ნაჩვენებია ერთ ფენის ინტეგრირებულ სპინ ველის მიკროღრუბეში, ერთი ნაბიჯით გვაახლოებს კვანტური ინფორმაციის ჩახლართულობის მიღწევას ±K' ველის ექსციტონებს შორის კუბიტების მეშვეობით.
დიდი ხანია, ჩვენი გუნდი ავითარებს სპინ ოპტიკას, იყენებს ფოტონის სპიინს, როგორც ელექტრომაგნიტური ტალღების ქცევის კონტროლს. 2018 წელს, ორგანზომილებიანი მასალების ხეობის ფსევდო ტრიალით დაინტერესებულმა, ჩვენ დავიწყეთ გრძელვადიანი პროექტი, რათა გამოგვეძია ატომური მასშტაბის სპინური ოპტიკური წყაროების აქტიური კონტროლი მაგნიტური ველების არარსებობის პირობებში. ჩვენ ვიყენებთ არალოკალური ბერის ფაზის დეფექტის მოდელს ერთი ველის ექსციტონიდან თანმიმდევრული გეომეტრიული ფაზის მიღების პრობლემის გადასაჭრელად.
თუმცა, ექსციტონებს შორის ძლიერი სინქრონიზაციის მექანიზმის არარსებობის გამო, რამდენიმე ველის ექსციტონების ფუნდამენტური თანმიმდევრული სუპერპოზიცია რაშუბას ერთშრიანი სინათლის წყაროში, რომელიც მიღწეულია, გადაუჭრელი რჩება. ეს პრობლემა გვაფიქრებინებს მაღალი Q ფოტონების რაშუბას მოდელზე. ახალი ფიზიკური მეთოდების ინოვაციის შემდეგ, ჩვენ განვახორციელეთ ამ ნაშრომში აღწერილი რაშუბას ერთშრიანი ლაზერი.
ეს მიღწევა გზას უხსნის სპინის თანმიმდევრული კორელაციის ფენომენების შესწავლას კლასიკურ და კვანტურ ველებში და ხსნის ახალ გზას სპინტრონიული და ფოტონიკური ოპტოელექტრონული მოწყობილობების ძირითადი კვლევისა და გამოყენებისთვის.