Un nuevo mundo de dispositivos optoelectrónicos

Un nuevo mundo dedispositivos optoelectrónicos

Investigadores del Instituto Tecnológico Technion-Israel han desarrollado un giro controlado coherentementeláser ópticobasado en una sola capa atómica. Este descubrimiento fue posible gracias a una interacción coherente dependiente del espín entre una única capa atómica y una red de espín fotónico restringida horizontalmente, que soporta un valle de espín de alta Q a través de la división de espín tipo Rashaba de fotones de estados unidos en el continuo.
El resultado, publicado en Nature Materials y destacado en su informe de investigación, allana el camino para el estudio de fenómenos coherentes relacionados con el espín en los sistemas clásico 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 Spin Valley se construyen interconectando redes de espín fotónico con asimetría de inversión (región del núcleo amarillo) y simetría de inversión (región de revestimiento cian).
Para construir estas fuentes, un requisito previo es eliminar la degeneración de espín entre dos estados de espín opuestos en la parte del fotón o del electrón. Esto generalmente se logra aplicando un campo magnético bajo el efecto Faraday o Zeeman, aunque estos métodos generalmente requieren un campo magnético fuerte 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 división de espín de fotones en el espacio de momento.
Desafortunadamente, las observaciones anteriores de los estados de división del espín se han basado en gran medida en modos de propagación con factor de masa bajo, que imponen limitaciones adversas a la coherencia espacial y temporal de las fuentes. Este enfoque también se ve obstaculizado por la naturaleza controlada por giro de los materiales en bloques con ganancia láser, que no pueden o no pueden usarse fácilmente para controlar activamentefuentes 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 fotónico con diferentes simetrías, incluido un núcleo con asimetría de inversión y una envoltura simétrica de inversión integrada con una sola capa WS2, para producir valles de espín restringidos lateralmente. La red asimétrica inversa básica utilizada por los investigadores tiene dos propiedades importantes.
El vector de red recíproco dependiente del espín controlable causado por la variación geométrica del espacio de fase de los nanoporosos anisotrópicos heterogéneos compuestos por ellos. Este vector divide la banda de degradación del espín en dos ramas polarizadas por espín en el espacio de impulso, conocido como efecto fotónico Rushberg.
Un par de estados unidos (cuasi) simétricos de alta Q en el continuo, a saber, 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 tiene un pseudoespín de valle único y se ha estudiado ampliamente como un portador de información alternativo en electrones de valle. Específicamente, sus excitones del valle ±K' (que irradian en forma de emisores dipolos planos polarizados por espín) pueden excitarse selectivamente mediante luz polarizada por espín de acuerdo con reglas de selección de 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 del valle de espín ± K 'se acoplan al estado del valle de espín ± K mediante coincidencia de polarización, y el láser de excitón de espín a temperatura ambiente se realiza mediante una fuerte retroalimentación de luz. Al mismo tiempo, elláserEl mecanismo impulsa los excitones del valle ±K 'inicialmente independientes de fase para encontrar el estado de pérdida mínima del sistema y restablecer la correlación de bloqueo basada en la fase geométrica opuesta al valle de espín ±K.
La coherencia del 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 se puede modular mediante polarización de bomba lineal (circular), lo que proporciona una forma de controlar la intensidad del láser y la coherencia espacial”.
El profesor Hasman explica: “El reveladofotónicoEl efecto Rashba del valle del espín proporciona un mecanismo general para construir fuentes ópticas de espín emisoras de superficie. La coherencia del 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 los excitones del valle de ±K 'a través de qubits.
Durante mucho tiempo, nuestro equipo ha estado desarrollando ópticas de espín, utilizando el espín de fotones como una herramienta eficaz para controlar el comportamiento de las ondas electromagnéticas. En 2018, intrigados por el pseudoespín del 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 una fase geométrica coherente a partir de un excitón de valle único.
Sin embargo, debido a la falta de un fuerte mecanismo de sincronización entre los excitones, la superposición coherente fundamental de múltiples excitones de valle en la fuente de luz de una sola capa de Rashuba que se ha logrado sigue sin resolverse. Este problema nos inspira a pensar en el modelo Rashuba de fotones de alta Q. Después de innovar en nuevos métodos físicos, hemos implementado el láser de una sola capa Rashuba descrito en este artículo”.
Este logro allana el camino para el estudio de los fenómenos de correlación de espín coherente en los campos clásico y cuántico, y abre un nuevo camino para la investigación básica y el uso de dispositivos optoelectrónicos fotónicos y espintrónicos.