Օպտոէլեկտրոնային սարքերի նոր աշխարհ

Մի նոր աշխարհօպտոէլեկտրոնային սարքեր

Տեխնիոն-Իսրայելի տեխնոլոգիական ինստիտուտի հետազոտողները մշակել են կոհերենտ կառավարվող սպինօպտիկական լազերհիմնված մեկ ատոմային շերտի վրա: Այս հայտնագործությունը հնարավոր դարձավ մեկ ատոմային շերտի և հորիզոնական սահմանափակված ֆոտոնային սպինային ցանցի միջև կոհերենտ սպին-կախյալ փոխազդեցության շնորհիվ, որը պահպանում է բարձր Q սպինային հովիտ՝ շարունակականության մեջ կապված վիճակների ֆոտոնների Ռաշաբայի տիպի սպինային բաժանման միջոցով:
Արդյունքը, որը հրապարակվել է Nature Materials-ում և ընդգծվել է դրա հետազոտական ​​​​համառոտագրում, հարթում է դասական և...քվանտային համակարգեր, և բացում է նոր ուղիներ օպտոէլեկտրոնային սարքերում էլեկտրոնի և ֆոտոնի սպինի հիմնարար հետազոտությունների և կիրառությունների համար: Սպինային օպտիկական աղբյուրը համատեղում է ֆոտոնային ռեժիմը էլեկտրոնային անցման հետ, ինչը հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել էլեկտրոնների և ֆոտոնների միջև սպինային տեղեկատվության փոխանակումը և մշակել առաջադեմ օպտոէլեկտրոնային սարքեր:

Սպինային հովտի օպտիկական միկրոխոռոչները կառուցվում են ֆոտոնային սպինային ցանցերի՝ ինվերսիայի ասիմետրիայի (դեղին միջուկի շրջան) և ինվերսիայի սիմետրիայի (երկնագույն ծածկույթի շրջան) միջադիրներով։
Այս աղբյուրները կառուցելու համար նախապայման է ֆոտոնային կամ էլեկտրոնային մասում երկու հակադիր սպինային վիճակների միջև սպինային այլասերվածության վերացումը: Սա սովորաբար իրականացվում է Ֆարադեյի կամ Զեմանի էֆեկտի տակ մագնիսական դաշտ կիրառելով, չնայած այս մեթոդները սովորաբար պահանջում են ուժեղ մագնիսական դաշտ և չեն կարող միկրոաղբյուր ստեղծել: Մեկ այլ խոստումնալից մոտեցում հիմնված է երկրաչափական տեսախցիկի համակարգի վրա, որն օգտագործում է արհեստական ​​մագնիսական դաշտ՝ իմպուլսային տարածությունում ֆոտոնների սպինային բաժանման վիճակներ ստեղծելու համար:
Դժբախտաբար, սպինի բաժանման վիճակների նախորդ դիտարկումները մեծապես հիմնված էին ցածր զանգվածային գործակցի տարածման ռեժիմների վրա, որոնք անբարենպաստ սահմանափակումներ են դնում աղբյուրների տարածական և ժամանակային համահունչության վրա: Այս մոտեցմանը խոչընդոտում է նաև բլոկային լազերային ուժեղացմամբ նյութերի սպինով կառավարվող բնույթը, որոնք չեն կարող կամ հեշտությամբ չեն կարող օգտագործվել ակտիվորեն վերահսկելու համար:լույսի աղբյուրներ, հատկապես սենյակային ջերմաստիճանում մագնիսական դաշտերի բացակայության դեպքում։
Բարձր Q սպին-բաժանման վիճակների հասնելու համար հետազոտողները կառուցել են տարբեր սիմետրիաներով ֆոտոնային սպինային ցանցեր, ներառյալ ինվերսիոն ասիմետրիայով միջուկ և WS2 միաշերտի հետ ինտեգրված ինվերսիոն սիմետրիկ ծրար՝ կողմնային սահմանափակված սպինային հովիտներ ստանալու համար: Հետազոտողների կողմից օգտագործվող հիմնական հակադարձ ասիմետրիկ ցանցն ունի երկու կարևոր հատկություն:
Դրանցից կազմված տարասեռ անիզոտրոպ նանոփոսիկների երկրաչափական փուլային տարածության տատանման հետևանքով առաջացած կառավարելի սպին-կախյալ հակադարձ ցանցի վեկտորը։ Այս վեկտորը սպինի դեգրադացիայի գոտին բաժանում է իմպուլսի տարածության մեջ երկու սպին-բևեռացված ճյուղերի, որը հայտնի է որպես ֆոտոնիկ Ռաշբերգի էֆեկտ։
Շարքում բարձր Q սիմետրիկ (կիսով չափ) կապված վիճակների զույգը, մասնավորապես՝ սպին բաժանող ճյուղերի եզրին գտնվող ±K (Բրիլուենի գոտու անկյուն) ֆոտոնային սպինային հովիտները, կազմում են հավասար ամպլիտուդների կոհերենտ վերադրում։
Պրոֆեսոր Կորենը նշել է. «Մենք օգտագործել ենք WS2 մոնոլիդները որպես ուժեղացման նյութ, քանի որ այս ուղիղ գոտիական բացվածքի անցումային մետաղի դիսուլֆիդն ունի եզակի հովտային կեղծ-սպին և լայնորեն ուսումնասիրվել է որպես հովտային էլեկտրոնների այլընտրանքային տեղեկատվության կրիչ։ Մասնավորապես, դրանց ±K 'հովտային էքսիտոնները (որոնք ճառագայթում են պլանար սպին-բևեռացված դիպոլային ճառագայթիչների տեսքով) կարող են ընտրողաբար գրգռվել սպին-բևեռացված լույսով՝ համաձայն հովտային համեմատության ընտրության կանոնների, այդպիսով ակտիվորեն վերահսկելով մագնիսականորեն ազատ սպինը»։օպտիկական աղբյուր.
Միաշերտ ինտեգրված սպինային հովտի միկրոխոռոչում ±K 'հովտի էքսիտոնները միացված են ±K սպինային հովտի վիճակին բևեռացման համապատասխանեցման միջոցով, իսկ սպինային էքսիտոնային լազերը սենյակային ջերմաստիճանում իրականացվում է ուժեղ լույսի հետադարձ կապի միջոցով։ Միաժամանակ,լազերԱյս մեխանիզմը մղում է սկզբնապես փուլից անկախ ±K 'հովտի էքսիտոնները՝ համակարգի նվազագույն կորստի վիճակը գտնելու և ±K սպինային հովտի հակառակ երկրաչափական փուլի հիման վրա ամրակցման կորելյացիան վերականգնելու համար։
Այս լազերային մեխանիզմով կառավարվող հովտային կոհերենտությունը վերացնում է ընդհատվող ցրման ցածր ջերմաստիճանային ճնշման անհրաժեշտությունը: Բացի այդ, Ռաշբա մոնաշերտ լազերի նվազագույն կորստի վիճակը կարող է մոդուլացվել գծային (շրջանաձև) պոմպային բևեռացման միջոցով, որը հնարավորություն է տալիս կառավարել լազերի ինտենսիվությունը և տարածական կոհերենտությունը:
Պրոֆեսոր Հասմանը բացատրում է. «ԲացահայտվածըֆոտոնայինՍպինային հովտի Ռաշբայի էֆեկտը ապահովում է մակերեսային ճառագայթող սպինային օպտիկական աղբյուրներ կառուցելու ընդհանուր մեխանիզմ: Միաշերտ ինտեգրված սպինային հովտի միկրոխոռոչում ցուցադրված հովտի կոհերենտությունը մեզ մեկ քայլով ավելի է մոտեցնում ±K 'հովտի էքսիտոնների միջև քուբիթների միջոցով քվանտային տեղեկատվության խճճվածության հասնելուն:
Երկար ժամանակ մեր թիմը մշակում է սպինային օպտիկա՝ օգտագործելով ֆոտոնային սպինը որպես էլեկտրամագնիսական ալիքների վարքագիծը վերահսկելու արդյունավետ գործիք: 2018 թվականին, հետաքրքրված լինելով երկչափ նյութերում հովտային կեղծ-սպինով, մենք սկսեցինք երկարաժամկետ նախագիծ՝ մագնիսական դաշտերի բացակայության դեպքում ատոմային մասշտաբի սպինային օպտիկական աղբյուրների ակտիվ կառավարումն ուսումնասիրելու համար: Մենք օգտագործում ենք ոչ տեղային Բերիի փուլային արատի մոդելը՝ մեկ հովտային էքսիտոնից կոհերենտ երկրաչափական փուլ ստանալու խնդիրը լուծելու համար:
Սակայն, էքսիտոնների միջև ուժեղ համաժամեցման մեխանիզմի բացակայության պատճառով, Ռաշուբայի միաշերտ լույսի աղբյուրում բազմաթիվ հովտային էքսիտոնների հիմնարար կոհերենտ վերադրումը, որը ձեռք է բերվել, մնում է չլուծված։ Այս խնդիրը մեզ ոգեշնչում է մտածել բարձր Q ֆոտոնների Ռաշուբայի մոդելի մասին։ Նոր ֆիզիկական մեթոդների նորարարությունից հետո մենք ներդրել ենք այս հոդվածում նկարագրված Ռաշուբայի միաշերտ լազերը։
Այս նվաճումը հիմք է հանդիսանում դասական և քվանտային դաշտերում կոհերենտ սպինային կոռելյացիայի երևույթների ուսումնասիրության համար և նոր ճանապարհ է բացում սպինտրոնային և ֆոտոնային օպտոէլեկտրոնային սարքերի հիմնարար հետազոտության և օգտագործման համար։