عالم جديد من الأجهزة البصرية الإلكترونية

عالم جديد منالأجهزة البصرية الإلكترونية

قام باحثون في معهد تكنيون-إسرائيل للتكنولوجيا بتطوير نظام تحكم متماسك في الدورانالليزر البصريبناءً على طبقة ذرية واحدة. أصبح هذا الاكتشاف ممكنًا بفضل تفاعل متماسك يعتمد على الدوران بين طبقة ذرية واحدة وشبكة دوران فوتونية مقيدة أفقيًا، مما يدعم وادي دوران عالي الجودة من خلال انقسام دوران راشابا للفوتونات ذات الحالات المقيدة في المتصل.
تمهد النتيجة، التي نُشرت في مجلة Nature Materials وأبرزت في موجز بحثها، الطريق لدراسة الظواهر المتماسكة المرتبطة بالدوران في الفيزياء الكلاسيكية والحديثة.الأنظمة الكموميةيفتح هذا آفاقًا جديدة للأبحاث والتطبيقات الأساسية لدوران الإلكترون والفوتون في الأجهزة البصرية الإلكترونية. يجمع مصدر الدوران البصري بين وضع الفوتون وانتقال الإلكترون، مما يوفر طريقة لدراسة تبادل معلومات الدوران بين الإلكترونات والفوتونات وتطوير أجهزة بصرية إلكترونية متقدمة.

يتم إنشاء تجاويف بصرية دقيقة في وادي الدوران عن طريق ربط شبكات الدوران الفوتونية مع عدم تناسق الانعكاس (منطقة القلب الأصفر) وتناسق الانعكاس (منطقة الغلاف السماوي).
لبناء هذه المصادر، من الشروط الأساسية إزالة انحلال الدوران بين حالتي دوران متعاكستين في جزء الفوتون أو الإلكترون. يتحقق ذلك عادةً بتطبيق مجال مغناطيسي تحت تأثير فاراداي أو زيمان، مع أن هذه الطرق تتطلب عادةً مجالًا مغناطيسيًا قويًا ولا يمكنها إنتاج مصدر دقيق. ويعتمد نهج واعد آخر على نظام كاميرا هندسي يستخدم مجالًا مغناطيسيًا اصطناعيًا لتوليد حالات انقسام الدوران للفوتونات في فضاء الزخم.
للأسف، اعتمدت الملاحظات السابقة لحالات انقسام الدوران بشكل كبير على أنماط انتشار منخفضة الكتلة، مما يفرض قيودًا سلبية على التماسك المكاني والزماني للمصادر. كما أن هذا النهج مُعوّق بسبب طبيعة المواد الكتلية ذات كسب الليزر، والتي لا يُمكن أو لا يُمكن استخدامها بسهولة للتحكم النشط في الدوران.مصادر الضوء، وخاصة في غياب المجالات المغناطيسية في درجة حرارة الغرفة.
لتحقيق حالات انقسام دوران عالية الجودة، بنى الباحثون شبكات دوران فوتونية ذات تناظرات مختلفة، بما في ذلك نواة ذات عدم تناظر عكسي وغلاف متماثل عكسي مدمج مع طبقة واحدة من WS2، لإنتاج وديان دوران مقيدة جانبيًا. تتميز الشبكة غير المتماثلة العكسية الأساسية التي استخدمها الباحثون بخاصيتين مهمتين.
متجه الشبكة التبادلي القابل للتحكم، المعتمد على الدوران، الناتج عن تغير فضاء الطور الهندسي للجزيئات النانوية غير المتجانسة متباينة الخواص المكونة لها. يقسم هذا المتجه نطاق تدهور الدوران إلى فرعين مستقطبين بالدوران في فضاء الزخم، وهو ما يُعرف بتأثير راشبرغ الفوتوني.
زوج من الحالات المقيدة المتماثلة (شبه) ذات Q العالية في المتصل، وهي وديان دوران الفوتون ±K (زاوية نطاق بريلون) على حافة فروع تقسيم الدوران، تشكل تراكبًا متماسكًا من السعات المتساوية.
أشار البروفيسور كورين: "استخدمنا أحاديات WS2 كمواد كسب لأن هذا المعدن الانتقالي ثنائي الكبريتيد ذي فجوة النطاق المباشرة يتميز بشبه دوران زائف فريد للوادي، وقد دُرس على نطاق واسع كناقل معلومات بديل في إلكترونات الوادي. وتحديدًا، يمكن إثارة إكسيتونات الوادي ±K (التي تشع على شكل باعثات ثنائية القطب مستقطبة بالدوران) انتقائيًا بواسطة ضوء مستقطب بالدوران وفقًا لقواعد اختيار مقارنة الوادي، مما يؤدي إلى التحكم النشط في الدوران الحر مغناطيسيًا.مصدر بصري.
في تجويف صغير أحادي الطبقة متكامل لوادي الدوران، ترتبط إكسيتونات وادي ±K بحالة وادي الدوران ±K عن طريق مطابقة الاستقطاب، ويتحقق ليزر إكسيتونات الدوران في درجة حرارة الغرفة من خلال تغذية راجعة قوية للضوء. في الوقت نفسه،الليزرتعمل الآلية على دفع إكسيتونات وادي ±K المستقلة عن الطور في البداية للعثور على الحد الأدنى لحالة الخسارة للنظام وإعادة تأسيس ارتباط القفل بناءً على الطور الهندسي المقابل لوادي الدوران ±K.
يُغني تماسك الوادي المُحفَّز بواسطة آلية الليزر هذه عن الحاجة إلى كبح التشتت المتقطع عند درجات حرارة منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، يُمكن تعديل الحد الأدنى لفقدان ليزر راشبا أحادي الطبقة بواسطة استقطاب المضخة الخطي (الدائري)، مما يُتيح التحكم في شدة الليزر والتماسك المكاني.
يوضح البروفيسور هاسمان: "لقد تم الكشف عنفوتونيةيوفر تأثير راشبا لوادي الدوران آلية عامة لبناء مصادر بصرية مغزلية سطحية. يُقرّبنا تماسك الوادي، المُبيّن في تجويف دقيق أحادي الطبقة لوادي الدوران، خطوةً نحو تحقيق تشابك المعلومات الكمومية بين إكسيتونات وادي ±K عبر كيوبتات.
منذ فترة طويلة، دأب فريقنا على تطوير بصريات الدوران، مستخدمًا دوران الفوتون كأداة فعّالة للتحكم في سلوك الموجات الكهرومغناطيسية. في عام ٢٠١٨، مدفوعين باهتمامنا بشبه الدوران الزائف للوادي في المواد ثنائية الأبعاد، بدأنا مشروعًا طويل الأمد لدراسة التحكم النشط في مصادر بصريات الدوران على المستوى الذري في غياب المجالات المغناطيسية. نستخدم نموذج عيب طور بيري غير المحلي لحل مشكلة الحصول على طور هندسي متماسك من إكسيتون وادي واحد.
ومع ذلك، نظرًا لعدم وجود آلية تزامن قوية بين الإكسيتونات، فإن التراكب المتماسك الأساسي لإكسيتونات الوادي المتعددة في مصدر ضوء راشوبا أحادي الطبقة الذي تم تحقيقه لا يزال دون حل. تُلهمنا هذه المشكلة للتفكير في نموذج راشوبا للفوتونات عالية الجودة. بعد ابتكار أساليب فيزيائية جديدة، طبّقنا ليزر راشوبا أحادي الطبقة الموصوف في هذه الورقة البحثية.
يمهد هذا الإنجاز الطريق لدراسة ظاهرة الارتباط المغزلي المتماسك في المجالات الكلاسيكية والكمية، ويفتح طريقًا جديدًا للبحث الأساسي واستخدام الأجهزة البصرية الإلكترونية الفوتونية والدورانية.