Israel toodab sidusat, juhitavat aatomiskaala spin-optilist laserit

Hiljuti nihutavad Technion-Israeli Tehnoloogiainstituudi (TI) teadlased spin-optiliste laserite valdkonna piire, luues koherentse ja juhitava spin-optilise laseri, mis põhineb ühel volframdisulfiidi (WS2) aatomkihil.
Nende edusammud spin-optiliste laserite vallas avavad uusi horisonte fundamentaaluuringuteks ja optoelektroonilisteks seadmeteks, kasutades elektronide ja footonite spinni.
Uuringut juhtinud järeldoktor Kexiu Rong ütles: "2018. aastal paelusid meid oru pseudo-spinnid kahemõõtmelistes (2D) materjalides, mida peetakse hästi tuntud alternatiivseteks teabekandjateks, nagu elektronlaeng. ja spin ja neid uuritakse laialdaselt järgmise põlvkonna oru elektroonikaseadmete jaoks."
Tehti koostööd suure hulga kolleegidega aatomiskaala fotoonika laborist, Technion-Israeli Tehnoloogiainstituudi (TI) nanoelektrooniliste materjalide ja seadmete laborist ning Tel Avivi ülikoolist.
Valleytronics, milles elektronid voolavad läbi kahemõõtmelise pooljuhi võre kahe erineva elektroonilise oruga lainete kujul, on paljulubav valdkond kvantarvutamiseks. Ergastatud elektronid kogunevad ühte orgu ja omandavad oru indeksi (-K′ või K′), mida saab kasutada teabe kodeerimiseks 1 või 0 tähistamiseks.
Spin-optiline laser
Spin-optilised laserid ühendavad footoni režiimid (õõnsuse olemuslikud režiimid) ja elektronide hüpped (emissioon võimendusmaterjalist), pakkudes võimalust uurida spin-teabe vahetamist elektronide ja footonite vahel ning arendada täiustatud optoelektroonilisi seadmeid.
"Kvaliteetsete fotooniliste spin-jagamisrežiimide saamiseks konstrueerisime erinevate sümmeetriaomadustega fotoonilised spin-võred, mis kahjustavad anti-asümmeetrilist südamikku ja antisümmeetrilist kattekihti, mis on integreeritud WS2 monokihiga, et luua põiki piiratud pöörlemisoru olekuid," ütles Rong. lisades, et "mõlemad võred on anisotroopsete ja ebaühtlaste nanostruktuuride poolt modelleeritud järjestatud elektrooniliste spin-võrede fotoonilised analoogid."
Märkus. Spin-valley optiline mikroõõnsus on kombinatsioon antiasümmeetrilisest (kollane südamiku piirkond) ja antisümmeetrilisest (roheline-sinine kattepiirkond) fotooniline spin-võre. Akustiliste olekute Rashba-tüüpi spin-jagamine pidevas keskkonnas võib selektiivselt ja külgsuunas piirata südamikus tekkivaid kõrge q-resonantsi fotoonilise spinni oru olekuid. Sidusalt juhitavad spin-polariseeritud laserid (punased ja sinised kiired) toodetakse volframdisulfiidis oru ergastamisel.
Põhilisel pöördasümmeetrilisel võrel on kaks olulist omadust: esiteks on sellel kontrollitav spin-sõltuv pöördvõrdeline lihtne võrevektor, kuna see koosneb ruumiliselt muutuvate geomeetriliste faasidega ebaühtlastest anisotroopsetest nanopooridest. See vektor jagab spin-lihtriba impulsiruumis kaheks spin-polariseeritud haruks, st fotooniline Rashba efekt.
Teiseks saadakse paar kvaliteetset sümmeetrilist (kvaasi-) seotud olekut või ± K (Brillouini tsooni nurga) fotoonilise pöörlemise oru olekut spin-lõhestatud okste ribade servades. Need kaks spin-lõhestatud olekut on kontiinumis "seotud olekud", kuna nende lähi- ja väljapoole levivate väljade sümmeetria mittevastavuse tõttu on nad ruumis väga piiratud. Need kaks olekut moodustavad võrdse amplituudiga olekute koherentse superpositsiooni.
Nanoelektrooniliste materjalide ja arenduslaboratooriumi juhataja prof Elad Koren ütles: "Pöörlemiskiirusega kontrollitavate elektronhüpete saamiseks kasutasime võimendusmaterjalina WS2 monokihti, kuna sellel otsesel ribalaiusega siirdemetalli disulfiidil on ainulaadne oru pseudo-spin, mida on laialdaselt uuritud oru elektronide alternatiivse teabekandjana."
Meeskonna töö peamine äravõte on see, et keskendudes fotooniliste režiimide disainile ja ühekihilise võimendusmaterjali valikule, on nad lahendanud väljakutse eemaldada koherentsetest valgusallikatest pöörlemise lihtsus magnetvälja puudumisel ja ruumis. temperatuuri.
Võib-olla on meeskonna töö kõige üllatavam aspekt see, et see läheb palju kaugemale ühekihiliste laserite valmistamisest, ütles Hasman: "Meie laserimehhanism viib kaua otsitud oru sidususeni WS2 ühekihilises kihis ilma krüogeensuseta ning laseri intensiivsusega ja ruumiline sidusus, mida juhivad erinevad pumba polarisatsioonid."
Meeskonna lasermehhanism ajendas ± K oru eksitoneid leidma süsteemi minimaalse kadu oleku, mis võimaldas neil taastada lukustuskorrelatsioonid, mis põhinevad ± K pöörlemisoru olekute vastupidistel geomeetrilistel faasidel.
"See lasermehhanismiga juhitav oru sidusus välistab vajaduse orgudevahelise hajumise madalal temperatuuril allasurumiseks," lisas Hasman: "Lisaks saab Rashba monokihi minimaalse kadu olekut häälestada nii, et see rahuldaks (häiriks) lineaarse (ringikujulise) abil. ) pumba polarisatsioon, mis võimaldab kontrollida laseri intensiivsust ja ruumilist koherentsust, annab võimaluse kontrollida laseri intensiivsust ja ruumilist koherentsust.