Օպտոէլեկտրոնային սարքերի նոր աշխարհ

Նոր աշխարհօպտիկաէլեկտրոնային սարքեր

Technion-Israel Institute of Technology-ի հետազոտողները մշակել են համահունչ վերահսկվող պտույտօպտիկական լազերհիմնված է մեկ ատոմային շերտի վրա: Այս հայտնագործությունը հնարավոր է դարձել մի ատոմային շերտի և հորիզոնական սահմանափակված ֆոտոնային սպին ցանցի միջև կապակցված սպինից կախված փոխազդեցության շնորհիվ, որն ապահովում է բարձր Q սպին հովիտ Ռաշաբայի տիպի սպինային պառակտման միջոցով՝ կապված վիճակների ֆոտոնների շարունակականության մեջ:
Արդյունքը, որը հրապարակվել է Nature Materials-ում և ընդգծվել է իր հետազոտական ​​համառոտագրում, ճանապարհ է հարթում դասական և դասական սփինների հետ կապված համահունչ երևույթների ուսումնասիրության համար։քվանտային համակարգեր, և նոր ուղիներ է բացում օպտոէլեկտրոնային սարքերում էլեկտրոնների և ֆոտոնների սպինի հիմնարար հետազոտությունների և կիրառությունների համար: Սպինի օպտիկական աղբյուրը համատեղում է ֆոտոնային ռեժիմը էլեկտրոնային անցման հետ, որն ապահովում է էլեկտրոնների և ֆոտոնների միջև սպին տեղեկատվության փոխանակման ուսումնասիրության և առաջադեմ օպտոէլեկտրոնային սարքերի մշակման մեթոդ:

Սպին հովտի օպտիկական միկրոխոռոչները կառուցված են ֆոտոնային սպինային վանդակների փոխհարաբերությամբ՝ ինվերսիոն ասիմետրիկությամբ (դեղին միջուկի շրջան) և ինվերսիոն սիմետրիկությամբ (ցիանային ծածկույթի շրջան)։
Այս աղբյուրները ստեղծելու համար նախապայման է վերացնել սպինային այլասերվածությունը ֆոտոնի կամ էլեկտրոնային մասի երկու հակադիր սպին վիճակների միջև: Սա սովորաբար ձեռք է բերվում մագնիսական դաշտ կիրառելով Ֆարադեյի կամ Զեմանի էֆեկտի տակ, թեև այդ մեթոդները սովորաբար պահանջում են ուժեղ մագնիսական դաշտ և չեն կարող առաջացնել միկրոաղբյուր: Մեկ այլ խոստումնալից մոտեցում հիմնված է երկրաչափական տեսախցիկի համակարգի վրա, որն օգտագործում է արհեստական ​​մագնիսական դաշտ՝ իմպուլսի տարածության մեջ ֆոտոնների սպին-պառակտված վիճակներ առաջացնելու համար:
Ցավոք սրտի, սպինի պառակտված վիճակների նախկին դիտարկումները մեծապես հիմնված են եղել ցածր զանգվածային գործոնի տարածման եղանակների վրա, որոնք անբարենպաստ սահմանափակումներ են դնում աղբյուրների տարածական և ժամանակային համահունչության վրա: Այս մոտեցմանը խոչընդոտում է նաև լազերային բլոկավորված նյութերի պտտման միջոցով կառավարվող բնույթը, որոնք չեն կարող կամ չեն կարող հեշտությամբ օգտագործվել ակտիվորեն վերահսկելու համար:լույսի աղբյուրներ, հատկապես սենյակային ջերմաստիճանում մագնիսական դաշտերի բացակայության դեպքում:
Բարձր Q սպինի բաժանման վիճակների հասնելու համար հետազոտողները կառուցեցին տարբեր համաչափություններով ֆոտոնիկ սպին վանդակներ, այդ թվում՝ միջուկ՝ ինվերսիոն ասիմետրիկությամբ և ինվերսիոն սիմետրիկ ծրար՝ ինտեգրված WS2 մեկ շերտով, որպեսզի ստեղծեն կողային սահմանափակված սպին հովիտներ: Հետազոտողների կողմից օգտագործված հիմնական հակադարձ ասիմետրիկ վանդակը երկու կարևոր հատկություն ունի.
Վերահսկվող սպինից կախված փոխադարձ վանդակավոր վեկտորը, որը առաջացել է դրանցից կազմված տարասեռ անիզոտրոպ նանոծակոտկենու երկրաչափական փուլային տարածության տատանումների պատճառով: Այս վեկտորը պտույտի քայքայման գոտին բաժանում է երկու սպին-բևեռացված ճյուղերի իմպուլսի տարածության մեջ, որը հայտնի է որպես ֆոտոնիկ Ռուշբերգի էֆեկտ:
Շարունակականում մի զույգ բարձր սիմետրիկ (քվազի) կապված վիճակներ, մասնավորապես ±K (Բրիլուի գոտու անկյուն) ֆոտոնային սպին հովիտները սպին բաժանող ճյուղերի եզրին, կազմում են հավասար ամպլիտուդների համահունչ սուպերպոզիցիա։
Պրոֆեսոր Քորենը նշել է. «Մենք օգտագործել ենք WS2 մոնոլիդները որպես շահույթի նյութ, քանի որ այս ուղիղ ժապավենային անցումային մետաղի դիսուլֆիդն ունի եզակի հովտային պսևդո-սպին և լայնորեն ուսումնասիրվել է որպես այլընտրանքային տեղեկատվության կրիչ հովտային էլեկտրոններում: Մասնավորապես, նրանց ±K' հովտային էքսիտոնները (որոնք ճառագայթում են հարթ սպինով բևեռացված դիպոլային արտանետիչների տեսքով) կարող են ընտրողաբար գրգռվել սպին-բևեռացված լույսով` համաձայն հովիտների համեմատության ընտրության կանոնների, այդպիսով ակտիվորեն վերահսկելով մագնիսական ազատ պտույտը:օպտիկական աղբյուր.
Միաշերտ ինտեգրված սպին հովտի միկրոխոռոչում ±K 'հովտային էքսիտոնները զուգակցվում են ±K սպին հովտի վիճակին բևեռացման համընկնումով, և սենյակային ջերմաստիճանում սպին էքսիտոն լազերը իրականացվում է ուժեղ լույսի հետադարձ կապի միջոցով: Միևնույն ժամանակ, իլազերայինմեխանիզմը մղում է սկզբնական փուլից անկախ ±K' հովտային էքսիտոններին՝ գտնելու համակարգի նվազագույն կորստի վիճակը և վերահաստատելու կողպման հարաբերակցությունը՝ հիմնված ±K սպին հովտի դիմաց գտնվող երկրաչափական փուլի վրա:
Այս լազերային մեխանիզմով պայմանավորված հովտային համակեցությունը վերացնում է ընդհատվող ցրման ցածր ջերմաստիճանի ճնշման անհրաժեշտությունը: Բացի այդ, Rashba միաշերտ լազերի նվազագույն կորստի վիճակը կարող է մոդուլավորվել գծային (շրջանաձև) պոմպի բևեռացման միջոցով, որը հնարավորություն է տալիս վերահսկել լազերային ինտենսիվությունը և տարածական համախմբվածությունը»:
Պրոֆեսոր Հասմանը բացատրում է. «Բացահայտվածըֆոտոնիկspin Valley Rashba-ի էֆեկտը ապահովում է մակերեսային արտանետվող սպին օպտիկական աղբյուրների կառուցման ընդհանուր մեխանիզմ: Հովտային համակցվածությունը, որը դրսևորվում է միաշերտ ինտեգրված սպին հովտի միկրոխոռոչում, մեզ մեկ քայլ ավելի մոտեցնում է քվանտային տեղեկատվության խճճվածության հասնելուն ±K' հովտային էքսիտոնների միջև քյուբիթների միջոցով:
Երկար ժամանակ մեր թիմը մշակում է սպինային օպտիկա՝ օգտագործելով ֆոտոնի սպինը որպես էլեկտրամագնիսական ալիքների վարքը վերահսկելու արդյունավետ գործիք։ 2018 թվականին, հետաքրքրվելով երկչափ նյութերի հովտային կեղծ պտույտով, մենք սկսեցինք երկարաժամկետ նախագիծ՝ ուսումնասիրելու ատոմային մասշտաբի սպինային օպտիկական աղբյուրների ակտիվ կառավարումը մագնիսական դաշտերի բացակայության դեպքում: Մենք օգտագործում ենք ոչ տեղային Berry փուլային դեֆեկտի մոդելը մեկ հովտային էքսիտոնից համահունչ երկրաչափական փուլ ստանալու խնդիրը լուծելու համար:
Այնուամենայնիվ, էքցիտոնների միջև ուժեղ համաժամացման մեխանիզմի բացակայության պատճառով Ռաշուբայի միաշերտ լույսի աղբյուրում ձեռք բերված բազմաթիվ հովտային էքցիտոնների հիմնարար համահունչ սուպերպոզիցիան 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 Rashuba միաշերտ լազերը»:
Այս ձեռքբերումը ճանապարհ է հարթում դասական և քվանտային դաշտերում համահունչ սպին հարաբերակցության երևույթների ուսումնասիրության համար և նոր ճանապարհ է բացում սպինտրոնային և ֆոտոնային օպտոէլեկտրոնային սարքերի հիմնական հետազոտության և օգտագործման համար: