Izraelis kuria nuoseklų, valdomą atominio masto sukimosi optinį lazerį

Neseniai Technion-Izraelio technologijos instituto (TI) tyrėjai peržengia sukimosi optinių lazerių lauko ribas, sukurdami nuoseklų ir valdomą sukimosi optinį lazerį, pagrįstą vienu atominiu volframo disulfido sluoksniu (WS2).
Jų pažanga sukimosi optinių lazerių srityje atveria naujus horizontus fundamentiniams tyrimams ir optoelektroniniams prietaisams, naudojant elektronų ir fotonų sukinius.
Tyrimui vadovavęs doktorantas Kexiu Rong sakė: „2018 m. mus sužavėjo slėnio pseudosukimai dvimatėse (2D) medžiagose, kurios laikomos gerai žinomomis alternatyviomis informacijos, pvz., elektronų krūvio, nešėjais. ir suktis, ir jie yra plačiai tiriami naujos kartos slėnio elektroniniams prietaisams.
Bendradarbiavo su didele grupe kolegų iš Atominės mastelio fotonikos laboratorijos, Technion-Izraelio technologijos instituto (TI) nanoelektroninių medžiagų ir prietaisų laboratorijos ir Tel Avivo universiteto.
„Valleytronics“, kurioje elektronai teka per dvimačio puslaidininkio gardelę bangų pavidalu su dviem skirtingais elektroniniais slėniais, yra perspektyvus kvantinio skaičiavimo laukas. Sužadinti elektronai kaupiasi viename slėnyje ir įgyja slėnio indeksą (-K′ arba K′), kuris gali būti naudojamas vaizduoti 1 arba 0 informacijai koduoti.
Sukamasis optinis lazeris
Spin-optiniai lazeriai sujungia fotonų režimus (vidinius ertmės režimus) ir elektronų šuolius (spinduliuojančią medžiagą), suteikdami galimybę ištirti sukimosi informacijos mainus tarp elektronų ir fotonų ir sukurti pažangius optoelektroninius prietaisus.
„Siekdami gauti aukštos kokybės fotoninio sukimosi skilimo režimus, sukonstravome fotonines sukimosi groteles su skirtingomis simetrijos savybėmis, kurios pažeidžia antiasimetrinę šerdį ir antisimetrinį apvalkalą, integruotą su WS2 vienasluoksniu sluoksniu, kad sukurtų skersai ribotas sukimosi slėnio būsenas“, - sakė Rong. pridurdamas, kad „abi gardelės yra tvarkingų elektroninių sukimosi grotelių fotoniniai analogai, modeliuojami anizotropinėmis ir nevienodomis nanostruktūromis“.
Pastaba: sukimosi slėnio optinė mikroertmė yra antiasimetrinės (geltonos šerdies srities) ir antisimetrinės (žaliai mėlynos spalvos apvalkalo sritis) fotoninės sukimosi gardelės derinys. Rashba tipo akustinių būsenų sukimosi padalijimas nepertraukiamoje terpėje gali selektyviai ir iš šono apriboti atsirandančias fotoninio sukimosi slėnio būsenas su aukšto q rezonanso šerdyje. Nuosekliai valdomi sukimosi poliarizuoti lazeriai (raudoni ir mėlyni pluoštai) gaminami slėnio sužadinimo būdu volframo disulfide.
Pagrindinė atvirkštinė asimetrinė gardelė turi dvi svarbias savybes: pirma, ji turi valdomą nuo sukimosi priklausomą atvirkštinės lengvos gardelės vektorių dėl nevienodų anizotropinių nanoporų su erdviškai kintančiomis geometrinėmis fazėmis sudėties. Šis vektorius suskaido paprastą sukimosi juostą į dvi sukimosi poliarizuotas šakas impulsų erdvėje, ty fotoninį Rashba efektą.
Antra, suskaidytų šakų juostos kraštuose gaunama pora aukštos kokybės simetriškų (kvazi-) surištų būsenų arba ± K (Brillouin zonos kampo) fotoninio sukimosi slėnio būsenų. Šios dvi sukimosi padalijimo būsenos yra kontinuumo „surištos būsenos“, nes jos yra labai ribotos erdvėje dėl simetrijos neatitikimo tarp jų artimo ir išorinio sklidimo laukų. Šios dvi būsenos sudaro nuoseklią vienodos amplitudės būsenų superpoziciją.
Prof. Eladas Korenas, Nanoelektroninių medžiagų ir plėtros laboratorijos vadovas, sakė: „Siekdami gauti sukimosi valdomus elektronų šuolius, kaip stiprinimo medžiagą naudojome WS2 monosluoksnį, nes šis tiesioginio juostos tarpo pereinamojo metalo disulfidas turi unikalų slėnio pseudosukimą. kuris buvo plačiai ištirtas kaip alternatyvus slėnio elektronų informacijos nešiklis.
Pagrindinis komandos darbo ištrauka yra tai, kad sutelkę dėmesį į fotoninių režimų dizainą ir monosluoksnio stiprinimo medžiagos pasirinkimą, jie išsprendė iššūkį pašalinti sukimosi paprastumą nuo koherentinių šviesos šaltinių, kai nėra magnetinio lauko ir patalpoje. temperatūros.
Galbūt labiausiai stebinantis komandos darbo aspektas yra tai, kad jis gerokai viršija monosluoksnių lazerių gamybą, sakė Hasmanas: „Mūsų lazeravimo mechanizmas lemia ilgai ieškotą slėnio darną WS2 viename sluoksnyje, be kriogeninių medžiagų ir lazerio intensyvumo bei erdvinė darna, valdoma skirtingomis siurblio poliarizacijomis."
Komandos lazerinis mechanizmas paskatino ± K slėnio eksitonus rasti sistemos mažiausią nuostolių būseną, kuri leido jiems atkurti užrakinimo koreliacijas, pagrįstas priešingomis ± K sukimosi slėnio būsenų geometrinėmis fazėmis.
„Šis lazeriniu mechanizmu valdomas slėnio nuoseklumas pašalina poreikį slopinti sklaidą tarp slėnių žemoje temperatūroje“, – pridūrė Hasmanas: „Be to, minimalų Rashba monosluoksnio praradimo būseną galima sureguliuoti taip, kad būtų patenkinta (suardoma) linijiniu (apvaliu) būdu. ) siurblio poliarizacija, kuri suteikia galimybę valdyti lazerio intensyvumą ir erdvinę darną, suteikia galimybę valdyti lazerio intensyvumą ir erdvinę darną.