Un nuevo mundo de dispositivos optoelectrónicos

Un nuevo mundo dedispositivos optoelectrónicos

Los investigadores del Instituto Tecnológico Technion de Israel han desarrollado un sistema de giro controlado de forma coherente.láser ópticoBasado en una sola capa atómica. Este descubrimiento fue posible gracias a una interacción coherente dependiente del espín entre una sola capa atómica y una red de espín fotónico con restricciones horizontales, que sustenta un valle de espín de alta Q mediante la división de espín de tipo Rashaba de fotones de estados ligados en el continuo.
El resultado, publicado en Nature Materials y destacado en su resumen de investigación, allana el camino para el estudio de fenómenos coherentes relacionados con el espín en la física clásica ysistemas cuánticosy abre nuevas vías para la investigación fundamental y las aplicaciones del espín de electrones y fotones en dispositivos optoelectrónicos. La fuente óptica de espín combina el modo fotónico con la transición electrónica, lo que proporciona un método para estudiar el intercambio de información de espín entre electrones y fotones y desarrollar dispositivos optoelectrónicos avanzados.

Las microcavidades ópticas de valle de espín se construyen interconectando redes de espín fotónico con asimetría de inversión (región de núcleo amarillo) y simetría de inversión (región de revestimiento cian).
Para construir estas fuentes, es necesario eliminar la degeneración de espín entre dos estados de espín opuestos en la parte del fotón o del electrón. Esto se suele lograr aplicando un campo magnético bajo un efecto Faraday o Zeeman, aunque estos métodos suelen requerir un campo magnético intenso y no pueden producir una microfuente. Otro enfoque prometedor se basa en un sistema de cámara geométrica que utiliza un campo magnético artificial para generar estados de espín dividido de fotones en el espacio de momento.
Desafortunadamente, las observaciones previas de estados de división de espín se han basado en gran medida en modos de propagación con bajo factor de masa, lo que impone restricciones adversas a la coherencia espacial y temporal de las fuentes. Este enfoque también se ve obstaculizado por la naturaleza controlada por espín de los materiales de ganancia láser en bloques, que no pueden o no pueden utilizarse fácilmente para controlar activamente.fuentes de luz, especialmente en ausencia de campos magnéticos a temperatura ambiente.
Para lograr estados de división de espín de alta Q, los investigadores construyeron redes de espín fotónicas con diferentes simetrías, incluyendo un núcleo con asimetría de inversión y una envolvente simétrica de inversión integrada con una sola capa WS2, para producir valles de espín con restricciones laterales. La red asimétrica inversa básica utilizada por los investigadores posee dos propiedades importantes.
El vector reticular recíproco controlable, dependiente del espín, causado por la variación geométrica del espacio de fases del nanoporo anisotrópico heterogéneo que lo compone. Este vector divide la banda de degradación de espín en dos ramas polarizadas por espín en el espacio de momento, lo que se conoce como efecto Rushberg fotónico.
Un par de estados ligados (cuasi) simétricos de alto Q en el continuo, es decir, valles de espín de fotones ±K(ángulo de banda de Brillouin) en el borde de las ramas de división de espín, forman una superposición coherente de amplitudes iguales.
El profesor Koren señaló: «Utilizamos los monólidos WS2 como material de ganancia porque este disulfuro de metal de transición de banda prohibida directa posee un pseudoespín valle único y se ha estudiado ampliamente como portador de información alternativo en electrones de valle. Específicamente, sus excitones de valle ±K (que irradian en forma de emisores dipolares planos con polarización de espín) pueden ser excitados selectivamente por luz polarizada por espín según las reglas de selección por comparación de valles, controlando así activamente un espín magnéticamente libre».fuente óptica.
En una microcavidad de valle de espín integrada de una sola capa, los excitones de valle ±K se acoplan al estado de valle de espín ±K mediante coincidencia de polarización, y el láser de excitones de espín a temperatura ambiente se obtiene mediante una fuerte retroalimentación luminosa. Al mismo tiempo,láserEl mecanismo impulsa los excitones del valle ±K, inicialmente independientes de la fase, para encontrar el estado de pérdida mínima del sistema y restablecer la correlación de bloqueo en función de la fase geométrica opuesta al valle de espín ±K.
La coherencia de valle impulsada por este mecanismo láser elimina la necesidad de suprimir la dispersión intermitente a baja temperatura. Además, el estado de pérdida mínima del láser monocapa Rashba puede modularse mediante polarización de bombeo lineal (circular), lo que permite controlar la intensidad del láser y la coherencia espacial.
El profesor Hasman explica: “Lo reveladofotónicoEl efecto Rashba de valle de espín proporciona un mecanismo general para la construcción de fuentes ópticas de espín con emisión superficial. La coherencia de valle demostrada en una microcavidad de valle de espín integrada de una sola capa nos acerca un paso más a lograr el entrelazamiento de información cuántica entre excitones de valle ±K mediante cúbits.
Nuestro equipo lleva mucho tiempo desarrollando óptica de espín, utilizando el espín del fotón como herramienta eficaz para controlar el comportamiento de las ondas electromagnéticas. En 2018, intrigados por el pseudoespín valle en materiales bidimensionales, iniciamos un proyecto a largo plazo para investigar el control activo de fuentes ópticas de espín a escala atómica en ausencia de campos magnéticos. Utilizamos el modelo de defecto de fase de Berry no local para resolver el problema de obtener la fase geométrica coherente de un único excitón valle.
Sin embargo, debido a la falta de un mecanismo de sincronización sólido entre excitones, la superposición coherente fundamental de múltiples excitones de valle en la fuente de luz monocapa Rashuba, que se ha logrado, sigue sin resolverse. Este problema nos inspira a considerar el modelo Rashuba de fotones de alto Q. Tras innovar con nuevos métodos físicos, hemos implementado el láser monocapa Rashuba descrito en este artículo.
Este logro abre el camino para el estudio de los fenómenos de correlación de espín coherente en los campos clásicos y cuánticos, y abre una nueva vía para la investigación básica y el uso de dispositivos optoelectrónicos espintrónicos y fotónicos.