अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको नयाँ संसार

एउटा नयाँ संसारअप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू

टेक्नियन-इजरायल इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजीका अनुसन्धानकर्ताहरूले एक सुसंगत रूपमा नियन्त्रित स्पिन विकास गरेका छन्अप्टिकल लेजरएकल परमाणु तहमा आधारित। यो खोज एकल परमाणु तह र तेर्सो रूपमा सीमित फोटोनिक स्पिन जाली बीचको सुसंगत स्पिन-निर्भर अन्तरक्रियाबाट सम्भव भएको हो, जसले निरन्तरतामा बाँधिएका अवस्थाका फोटनहरूको रशाबा-प्रकारको स्पिन विभाजन मार्फत उच्च-Q स्पिन उपत्यकालाई समर्थन गर्दछ।
नेचर मटेरियल्समा प्रकाशित र यसको अनुसन्धान संक्षिप्तमा हाइलाइट गरिएको नतिजाले शास्त्रीय रक्वान्टम प्रणालीहरू, र अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूमा इलेक्ट्रोन र फोटोन स्पिनको आधारभूत अनुसन्धान र अनुप्रयोगहरूको लागि नयाँ बाटो खोल्छ। स्पिन अप्टिकल स्रोतले फोटोन मोडलाई इलेक्ट्रोन ट्रान्जिसनसँग जोड्दछ, जसले इलेक्ट्रोन र फोटोनहरू बीचको स्पिन जानकारी आदानप्रदानको अध्ययन गर्न र उन्नत अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू विकास गर्ने विधि प्रदान गर्दछ।

स्पिन भ्याली अप्टिकल माइक्रोक्याभिटिहरू इन्भर्सन असममिति (पहेंलो कोर क्षेत्र) र इन्भर्सन सममिति (सियान क्ल्याडिङ क्षेत्र) सँग फोटोनिक स्पिन जालीहरू इन्टरफेस गरेर निर्माण गरिन्छ।
यी स्रोतहरू निर्माण गर्नको लागि, एक पूर्वशर्त भनेको फोटोन वा इलेक्ट्रोन भागमा दुई विपरीत स्पिन अवस्थाहरू बीचको स्पिन डिजेनेरेसी हटाउनु हो। यो सामान्यतया फराडे वा जीमन प्रभाव अन्तर्गत चुम्बकीय क्षेत्र लागू गरेर प्राप्त गरिन्छ, यद्यपि यी विधिहरूलाई सामान्यतया बलियो चुम्बकीय क्षेत्र चाहिन्छ र माइक्रोसोर्स उत्पादन गर्न सक्दैन। अर्को आशाजनक दृष्टिकोण ज्यामितीय क्यामेरा प्रणालीमा आधारित छ जसले मोमेन्टम स्पेसमा फोटोनको स्पिन-स्प्लिट अवस्थाहरू उत्पन्न गर्न कृत्रिम चुम्बकीय क्षेत्र प्रयोग गर्दछ।
दुर्भाग्यवश, स्पिन स्प्लिट अवस्थाहरूको अघिल्लो अवलोकनहरूले कम-मास कारक प्रसार मोडहरूमा धेरै निर्भर गरेका छन्, जसले स्रोतहरूको स्थानिय र अस्थायी सुसंगततामा प्रतिकूल बाधाहरू लगाउँछ। यो दृष्टिकोण ब्लकी लेजर-गेन सामग्रीहरूको स्पिन-नियन्त्रित प्रकृतिले पनि बाधा पुर्‍याउँछ, जुन सक्रिय रूपमा नियन्त्रण गर्न सजिलै प्रयोग गर्न सकिँदैन वा गर्न सकिँदैन।प्रकाश स्रोतहरूविशेष गरी कोठाको तापक्रममा चुम्बकीय क्षेत्रको अभावमा।
उच्च-Q स्पिन-विभाजन अवस्थाहरू प्राप्त गर्न, अनुसन्धानकर्ताहरूले पार्श्व रूपमा सीमित स्पिन उपत्यकाहरू उत्पादन गर्न इन्भर्सन असममिति भएको कोर र WS2 एकल तहसँग एकीकृत इन्भर्सन सममित खाम सहित विभिन्न सममितिहरू भएका फोटोनिक स्पिन जालीहरू निर्माण गरे। अनुसन्धानकर्ताहरूले प्रयोग गर्ने आधारभूत इन्भर्स असममिति जालीमा दुई महत्त्वपूर्ण गुणहरू छन्।
तिनीहरूबाट बनेको विषम एनिसोट्रोपिक न्यानोपोरसको ज्यामितीय चरण अन्तरिक्ष भिन्नताको कारणले हुने नियन्त्रणयोग्य स्पिन-निर्भर पारस्परिक जाली भेक्टर। यो भेक्टरले स्पिन डिग्रेडेसन ब्यान्डलाई मोमेन्टम स्पेसमा दुई स्पिन-ध्रुवीकृत शाखाहरूमा विभाजित गर्दछ, जसलाई फोटोनिक रशबर्ग प्रभाव भनिन्छ।
स्पिन स्प्लिटिंग शाखाहरूको किनारमा रहेको ±K (ब्रिलोइन ब्यान्ड कोण) फोटोन स्पिन उपत्यकाहरू अर्थात् निरन्तरतामा उच्च Q सममित (अर्ध) बाउन्ड अवस्थाहरूको जोडीले समान आयामहरूको सुसंगत सुपरपोजिसन बनाउँछ।
प्रोफेसर कोरेनले उल्लेख गरे: "हामीले WS2 मोनोलाइडहरूलाई लाभ सामग्रीको रूपमा प्रयोग गर्यौं किनभने यो प्रत्यक्ष ब्यान्ड-ग्याप ट्रान्जिसन धातु डाइसल्फाइडमा एक अद्वितीय उपत्यका स्यूडो-स्पिन छ र उपत्यका इलेक्ट्रोनहरूमा वैकल्पिक जानकारी वाहकको रूपमा व्यापक रूपमा अध्ययन गरिएको छ। विशेष गरी, तिनीहरूको ±K 'भ्याली एक्सिटनहरू (जुन समतल स्पिन-ध्रुवीकृत द्विध्रुवीय उत्सर्जकहरूको रूपमा विकिरण हुन्छ) उपत्यका तुलना चयन नियमहरू अनुसार स्पिन-ध्रुवीकृत प्रकाशद्वारा छनौट रूपमा उत्तेजित गर्न सकिन्छ, यसरी सक्रिय रूपमा चुम्बकीय रूपमा मुक्त स्पिनलाई नियन्त्रण गर्दछ।"अप्टिकल स्रोत.
एकल-तह एकीकृत स्पिन भ्याली माइक्रोक्याभिटीमा, ±K 'भ्याली एक्सिटनहरूलाई ध्रुवीकरण मिलानद्वारा ±K स्पिन भ्याली अवस्थासँग जोडिन्छ, र कोठाको तापक्रममा स्पिन एक्सिटन लेजरलाई बलियो प्रकाश प्रतिक्रियाद्वारा महसुस गरिन्छ। एकै समयमा,लेजरसंयन्त्रले प्रणालीको न्यूनतम क्षति अवस्था पत्ता लगाउन र ±K स्पिन उपत्यकाको विपरीत ज्यामितीय चरणमा आधारित लक-इन सहसम्बन्ध पुन: स्थापना गर्न प्रारम्भिक चरण-स्वतन्त्र ±K 'भ्याली एक्सिटनहरूलाई चलाउँछ।
यस लेजर संयन्त्रद्वारा सञ्चालित उपत्यकाको सुसंगतताले अन्तरिम स्क्याटरिङको कम तापक्रम दमनको आवश्यकतालाई हटाउँछ। थप रूपमा, रश्बा मोनोलेयर लेजरको न्यूनतम क्षति अवस्थालाई रेखीय (वृत्ताकार) पम्प ध्रुवीकरणद्वारा परिमार्जन गर्न सकिन्छ, जसले लेजर तीव्रता र स्थानिय सुसंगतता नियन्त्रण गर्ने तरिका प्रदान गर्दछ।"
प्रोफेसर हसमानले व्याख्या गर्छन्: “प्रकट गरिएकोफोटोनिकस्पिन भ्याली रश्बा प्रभावले सतह-उत्सर्जक स्पिन अप्टिकल स्रोतहरू निर्माण गर्न एक सामान्य संयन्त्र प्रदान गर्दछ। एकल-तह एकीकृत स्पिन भ्याली माइक्रोक्याभिटीमा प्रदर्शन गरिएको उपत्यका सुसंगतताले हामीलाई क्युबिट्स मार्फत ±K 'भ्याली एक्सिटनहरू बीच क्वान्टम जानकारी उलझन प्राप्त गर्न एक कदम नजिक ल्याउँछ।
लामो समयदेखि, हाम्रो टोलीले स्पिन अप्टिक्स विकास गर्दै आएको छ, फोटोन स्पिनलाई विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूको व्यवहार नियन्त्रण गर्न प्रभावकारी उपकरणको रूपमा प्रयोग गर्दै। २०१८ मा, दुई-आयामी सामग्रीहरूमा उपत्यका स्यूडो-स्पिनबाट उत्सुक भएर, हामीले चुम्बकीय क्षेत्रहरूको अनुपस्थितिमा परमाणु-स्केल स्पिन अप्टिकल स्रोतहरूको सक्रिय नियन्त्रणको अनुसन्धान गर्न दीर्घकालीन परियोजना सुरु गर्यौं। हामी एकल उपत्यका एक्साइटनबाट सुसंगत ज्यामितीय चरण प्राप्त गर्ने समस्या समाधान गर्न गैर-स्थानीय बेरी चरण दोष मोडेल प्रयोग गर्छौं।
यद्यपि, एक्सिटनहरू बीच बलियो सिंक्रोनाइजेसन संयन्त्रको अभावका कारण, रशुबा एकल-तह प्रकाश स्रोतमा बहु उपत्यका एक्टिटनहरूको आधारभूत सुसंगत सुपरपोजिसन प्राप्त भएको छैन। यो समस्याले हामीलाई उच्च Q फोटनहरूको रशुबा मोडेलको बारेमा सोच्न प्रेरित गर्छ। नयाँ भौतिक विधिहरू आविष्कार गरेपछि, हामीले यस पेपरमा वर्णन गरिएको रशुबा एकल-तह लेजर लागू गरेका छौं।"
यो उपलब्धिले शास्त्रीय र क्वान्टम क्षेत्रहरूमा सुसंगत स्पिन सहसम्बन्ध घटनाको अध्ययनको लागि मार्ग प्रशस्त गर्दछ, र स्पिन्ट्रोनिक र फोटोनिक अप्टोइलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको आधारभूत अनुसन्धान र प्रयोगको लागि नयाँ बाटो खोल्छ।