Un nuevo mundo de dispositivos optoelectrónicos

Un nuevo mundo dedispositivos optoelectrónicos

Investigadores del Technion-Instituto Tecnológico de Israel han desarrollado un sistema de giro controlado coherentemente.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 restricción horizontal, que sustenta un valle de espín de alto Q mediante la división de espín de tipo Rashaba de los fotones de estados ligados en el continuo.
El resultado, publicado en Nature Materials y destacado en su resumen de investigación, abre el camino para el estudio de fenómenos coherentes relacionados con el espín en mecánica clásica ysistemas cuánticosEsto abre nuevas vías para la investigación fundamental y las aplicaciones del espín del electrón y del fotón 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 central amarilla) y simetría de inversión (región de revestimiento cian).
Para construir estas fuentes, es imprescindible eliminar la degeneración de espín entre dos estados de espín opuestos en la parte fotónica o electrónica. Esto se suele lograr aplicando un campo magnético mediante el efecto Faraday o Zeeman, si bien estos métodos generalmente requieren un campo magnético intenso y no permiten generar 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 los fotones en el espacio de momentos.
Desafortunadamente, las observaciones previas de estados con espín dividido se han basado en gran medida en modos de propagación con un factor de masa bajo, lo que impone restricciones adversas a la coherencia espacial y temporal de las fuentes. Este enfoque también se ve dificultado 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 espín de alto factor Q, los investigadores construyeron redes de espín fotónicas con diferentes simetrías, incluyendo un núcleo con asimetría de inversión y una envolvente con simetría de inversión integrada con una monocapa de WS2, para producir valles de espín con restricción lateral. La red asimétrica inversa básica utilizada por los investigadores posee dos propiedades importantes.
El vector de la red recíproca, controlable y dependiente del espín, es causado por la variación geométrica del espacio de fases de los nanoporos anisotrópicos heterogéneos que los componen. Este vector divide la banda de degradación del espín en dos ramas polarizadas por espín en el espacio de momentos, fenómeno conocido como efecto Rushberg fotónico.
Un par de estados ligados (cuasi) simétricos de alto 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 monómeros de WS2 como material de ganancia porque este disulfuro de metal de transición de banda prohibida directa posee un pseudoespín de valle único y ha sido ampliamente estudiado como portador de información alternativo en los electrones de valle. Específicamente, sus excitones de valle ±K' (que emiten radiación en forma de emisores dipolares planares con espín polarizado) pueden ser excitados selectivamente por luz polarizada con espín según reglas de selección de comparación de valle, 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 ±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 logra mediante una fuerte retroalimentación de luz. Al mismo tiempo,láserEl mecanismo impulsa a los excitones del valle ±K, inicialmente independientes de la fase, a 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 de valle impulsada por este mecanismo láser elimina la necesidad de suprimir la dispersión intermitente a bajas temperaturas. Además, el estado de mínima pérdida del láser de monocapa de Rashba se puede modular 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 de emisión superficial. La coherencia de valle demostrada en una microcavidad de valle de espín integrada de una sola capa nos acerca un paso más al logro del entrelazamiento de información cuántica entre excitones de valle ±K' mediante cúbits.
Durante mucho tiempo, nuestro equipo ha estado desarrollando óptica de espín, utilizando el espín del fotón como una herramienta eficaz para controlar el comportamiento de las ondas electromagnéticas. En 2018, intrigados por el pseudoespín de 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 único excitón de valle.
Sin embargo, debido a la falta de un mecanismo de sincronización robusto entre los excitones, la superposición coherente fundamental de múltiples excitones de valle en la fuente de luz monocapa de Rashuba, lograda hasta ahora, sigue sin resolverse. Este problema nos impulsa a reflexionar sobre el modelo de Rashuba para fotones de alto factor Q. Tras desarrollar métodos físicos innovadores, hemos implementado el láser monocapa de Rashuba descrito en este artículo.
Este logro allana el camino para el estudio de los fenómenos de correlación de espín coherente en campos clásicos y cuánticos, y abre una nueva vía para la investigación básica y el uso de dispositivos optoelectrónicos espintrónicos y fotónicos.