La microcavidad óptica del campo de espín está construida con redes de espín fotónico asimétrica inversa (región del núcleo amarillo) y simétrica inversa (región de revestimiento cerúleo). Gracias a la división fotónica del espín tipo Rashba del estado unido en el continuo, esta heteroestructura permite el confinamiento anexo selectivo de los estados del campo de espín fotónico en el núcleo para resonancias de entrada Q. En consecuencia, se logra un láser polarizado por espín coherente y controlable (rayos rojos y azules) a partir de excitones de campo en la monocapa WS2 incorporada (región violáceo). Crédito: Scholardesigner co, LTD
Los investigadores del Technion han superado los límites de lo que es posible en el campo de la espín óptica a escalera atómica, creando un láser de espín óptico a partir de microcavidades de campo de espín integradas en una monocapa sin campos magnéticos ni temperaturas criogénicas.
Los científicos del Technion, Instituto de Tecnología de Israel, han presentado un láser de espín óptico coherente y controlable basado en una sola capa atómica. Este avance se ve facilitado por interacciones coherentes dependientes del espín entre capas atómicas individuales y redes de espín fotónico confinadas lateralmente, estas últimas soportan altasCalle Estados de campo de espín en el continuo con división de espín fotónico tipo Rashba en estado unido.
Publicado en una prestigiosa revista. Materiales naturales Y presentado en la revista Research Brief, el logro allana el camino para el estudio de fenómenos coherentes dependientes del espín tanto en el régimen clásico como en el cuántico. Abre nuevos horizontes en la investigación fundamental y en dispositivos optoelectrónicos que utilizan electrones y fotón giros
Equipo de investigación y colaboración.
La investigación se llevó a lado en el liga de investigación del Prof. Erez Hasman, patriarca del Laboratorio de Fotónica a Escalera Atómica, en colaboración con el Prof. Elad Koren, patriarca del Laboratorio de Materiales y Dispositivos Electrónicos a Nanoescala del Área de Ciencia e Ingeniería de Materiales y profesor. Ariel Ismakh en la Universidad de Tel Aviv. Dos grupos Technion están afiliados al Centro Cuántico Helen Diller y al Instituto de Nanotecnología Russell Berry. El Dr. Kexiu Rong dirigió y supervisó la investigación y colaboró con el Dr. Xiaoyang Duan, el Dr. Bo Wang, el Dr. Vladimir Kleiner, el Dr. Aseel Cohen, el Dr. Pranab K. Dor Reichenberg, Chie-Li Liu y Vlad Gorovoi.
Inducir la degeneración del espín
¿Podemos obtener la degeneración de espín de fuentes de luz a temperatura concurrencia en partida de campos magnéticos? Según el Dr. Rong, «las fuentes de luz de espín óptico combinan modos fotónicos y transiciones electrónicas y, por lo tanto, permiten el estudio del intercambio de información de espín entre electrones y fotones y el ampliación de dispositivos optoelectrónicos avanzados. Para construir estas fuentes, un requisito previo es eliminar la degeneración de espín entre dos estados de espín opuestos en sus partes fotónicas o electrónicas.
Esto normalmente se logra utilizando campos magnéticos bajo el sorpresa Faraday o Zeeman, aunque estos enfoques generalmente requieren campos magnéticos fuertes y no pueden producir fuentes en miniatura. Otra forma prometedora es utilizar campos magnéticos artificiales en el espacio de momento para estados de división de espín fotónico con un mecanismo de etapa geométrica.
Desafortunadamente, observaciones anteriores de estados de división de espín se han basado en gran medida en modos de propagación con factores de víctima calidad, que imponen restricciones indeseables a la coherencia espacial y temporal de las fuentes. Este enfoque asimismo se ve obstaculizado por las propiedades controladas por giramiento del material amplificador láser a copioso, que no está apto o no es trivial para el control activo de las fuentes, especialmente en partida de campos magnéticos a temperatura concurrencia.
Ganar estados de división de giramiento de entrada Q
para ganar paradaCalle En estados de división de espín, los investigadores han construido redes de espín fotónico con diferentes propiedades de simetría, que contienen un núcleo de desproporcionalidad de inversión y un revestimiento de simetría de inversión con WS integrado.2 monocapa para crear estados de campo de espín confinados lateralmente. La red esencial de inversión-asimetría utilizada por los investigadores tiene dos propiedades importantes. (1) Vector de red bidireccional dependiente del espín controlable a partir de sus nanoagujeros anisotrópicos no homogéneos constituyentes adecuado a fases geométricas que varían en el espacio.
Este vector divide la pandilla degenerada por espín en dos ramas polarizadas por espín en el espacio de impulso, lo que se denomina sorpresa fotónico Rashba. (2) Un par de altosCalle Estados (cuasi) ligados a la simetría en el continuo, es opinar, estados de campo de espín fotónico ± K (ángulos de zona de Brillouin), en los bordes de las bandas de las ramas divididas por espín. Por otra parte, los dos estados forman un estado de superposición coherente con amplitudes iguales.
El profesor Coren señaló que “usamos WS2 monocapa como material de fruto porque este dicholcogenuro de metal de transición de pandilla prohibida directa posee pseudoespines de campo únicos que han sido ampliamente investigados como portadores de información alternativos en valetronics. Específicamente, sus excitones de campo ± K’ (emitidos como emisores dipolo polarizados por espín en el plano) pueden excitarse selectivamente mediante luz polarizada por espín de acuerdo con la regla de selección de contraste de valle, lo que permite el control activo de fuentes de luz ópticas de espín sin inducción. los campos.»
En microcavidades de campo de espín integradas de una sola capa, los excitones de campo ±K’ se acoplan a estados de campo de espín ±K adecuado a la coincidencia de polarización, y la excitación láser de espín óptico se logra a temperatura concurrencia mediante una robusto feedback óptica. Mientras tanto, los excitones del valle ±K’ (inicialmente sin correlación de etapa) impulsan el mecanismo láser a averiguar el estado de pérdida mínima del sistema, lo que hace que recuperen su correlación de etapa bloqueada de acuerdo con fases geométricas opuestas. ±K estados del campo de espín.
Esta coherencia de valle inducida por láser explica la requisito de temperaturas criogénicas para suprimir la dispersión de espacios. Por otra parte, la condición de pérdida mínima del láser de una sola capa Rashba se puede ajustar para satisfacer la polarización de la bala recto (circular) (rota), lo que permite controlar la intensidad del láser y el orden espacial.
Resultados y direcciones futuras
«El sorpresa Rashba del campo de espín fotónico no descubierto proporciona un mecanismo común para originar fuentes de luz ópticas de espín que emiten superficie». La coherencia de valle demostrada en un microarray de campo de espín integrado de una sola capa da un paso con destino a el logro del entrelazamiento inconcluso por qubit entre excitones de campo ±K’ para información cuántica”, explica el profesor Hassmann.
«Durante mucho tiempo, nuestro liga ha estado trabajando en el ampliación de ópticas de espín para utilizar el espín fotónico como una aparejo eficaz para controlar el comportamiento de las ondas electromagnéticas. En 2018, nos atrajeron los pseudoespines de valle en materiales bidimensionales y, por lo tanto, iniciamos un tesina a holgado plazo para estudiar el control activo de fuentes de luz de espín óptico a escalera atómica en partida de campos magnéticos.
Inicialmente nos propusimos extraer la etapa geométrica coherente de excitones de campo único utilizando un modo de defecto de etapa Berry no tópico.
Sin retención, la suplemento fundamental y coherente de múltiples excitones de campo en las fuentes de luz monocapa realizadas por Rashba permaneció sin resolver adecuado a la errata de un robusto mecanismo de sincronización entre los excitones.
Este tema nos hizo pensar en parada.Calle Modos fotónicos Rashba. Luego de innovar en nuevos enfoques físicos, llegamos al láser monocapa Rashba que aquí se describe. «
Narración: «Láser monocapa Spin-valley Rashba» de Kexiu Rong, Xiaoyang Duan, Bo Wang, Dror Reichenberg, Assael Cohen, Chieh-li Liu, Pranab K. Mohapatra, Avinash Patsha, Vladi Gorovoy, Subhrajit Mukherjee, Vladimir Kleiner, Ari Elad Koren y Erez Hasman, 6 de julio de 2023 Materiales naturales.
DOI: 10.1038/s41563-023-01603-3
La investigación fue apoyada por la Fundación Científica de Israel (ISF), la Fundación Helen Diller y una subvención conjunta Technion NEVET del RBNI. La fabricación se realizó en la Pelotón de Impresión y Fabricación Micro-Nano (MNF&PU) de Technion.
