عالم جديد من الأجهزة الإلكترونية

عالم جديدالأجهزة الإلكترونية الضوئية

طور الباحثون في معهد Technion-Israel للتكنولوجيا تدورًا متحكمًا بشكل متماسكالليزر البصريبناء على طبقة ذرية واحدة. أصبح هذا الاكتشاف ممكنًا من خلال تفاعل متماسك يعتمد على الدوران بين طبقة ذرية واحدة وشبكة تدور ضوئية مثبتة أفقيًا ، والتي تدعم وادي تدور عالي Q من خلال تقسيم من نوع راشابا من الفوتونات من الحالات المربوطة في الاستمرارية.
النتيجة ، المنشورة في مواد الطبيعة وأبرزها في موجز الأبحاث ، تمهد الطريق لدراسة الظواهر المتعلقة بالدوران المتماسك في الكلاسيكية وأنظمة الكم، ويفتح طرقًا جديدة للبحث والتطبيقات الأساسية للإلكترون والفوتون في الأجهزة الإلكترونية البصرية. يجمع المصدر البصري Spin بين وضع الفوتون مع انتقال الإلكترون ، والذي يوفر طريقة لدراسة تبادل معلومات الدوران بين الإلكترونات والفوتونات وتطوير الأجهزة الإلكترونية المتقدمة.

يتم إنشاء المجاريات البصرية للوادي الدورانية عن طريق توصيل شبكات الدوران الضوئي مع عدم تناسق الانعكاس (المنطقة الأساسية الصفراء) وتماثل الانعكاس (منطقة الكسوة السماوية).
من أجل بناء هذه المصادر ، يتمثل الشرط المسبق في القضاء على انحطاط الدوران بين حالتين تدورتين في الجزء الفوتون أو جزء الإلكترون. عادة ما يتم تحقيق ذلك من خلال تطبيق مجال مغناطيسي تحت تأثير فاراداي أو زيمان ، على الرغم من أن هذه الطرق تتطلب عادةً مجالًا مغناطيسيًا قويًا ولا يمكن أن تنتج microsource. ويستند نهج واعد آخر على نظام كاميرا هندسي يستخدم مجالًا مغناطيسيًا اصطناعيًا لتوليد حالات تقسيم الفوتونات في الفوتونات في مساحة الزخم.
لسوء الحظ ، اعتمدت الملاحظات السابقة لحالات تقسيم الدوران اعتمادًا كبيرًا على أوضاع انتشار العوامل المنخفضة الكتلة ، والتي تفرض قيودًا سلبية على التماسك المكاني والزماني للمصادر. ويعوق هذا النهج أيضًا الطبيعة التي تسيطر عليها تدور لمواد غين الليزر المبللة ، والتي لا يمكن أو لا يمكن استخدامها بسهولة للتحكم بنشاطمصادر الضوء، خاصة في غياب الحقول المغناطيسية في درجة حرارة الغرفة.
لتحقيق حالات تقسيم عالية Q ، قام الباحثون ببناء شبكات تدور ضوئية مع تماثلات مختلفة ، بما في ذلك جوهر مع عدم تناسق الانعكاس ومغلف متماثل الانعكاس المدمج مع طبقة واحدة من WS2 ، لإنتاج أودية الدوران المقيدة بشكل جانبي. الشبكة العكسية الأساسية غير المتماثلة التي يستخدمها الباحثون لها خصائصان مهمتان.
متجه الشبكة المتبادلة المعتمدة على الدوران الناتج عن تباين مساحة الطور الهندسي من النانو المتباين غير المتجانسة المؤلف منها. يقسم هذا المتجه نطاق تدهور الدوران إلى فرعين مستقطبان في مساحة الزخم ، والمعروف باسم تأثير Rushberg الضوئي.
زوج من الحالات المرتبطة عالية Q (شبه) في الاستمرارية ، أي ± k (زاوية فرقة Brillouin) الفوتون الدوران الفوتون على حافة فروع تقسيم الدوران ، تشكل تراكبًا متماسكًا من السعات المتساوية.
أشار البروفيسور كورين إلى: "لقد استخدمنا Monolides WS2 كمواد كسب لأن ثاني كبريتيد الفجوة الفجوة للانتقال المباشر هذا يحتوي على وادي فريد من نوعه ، وقد تمت دراسته على نطاق واسع كحامل معلومات بديل في إلكترونات الوادي. على وجه التحديد ، يمكن أن تكون إكسيتونات ± K 'Valley (التي تشع في شكل بواعث ثنائي القطب المستقطبة المستوية) متحمسًا بشكل انتقائي من خلال الضوء المستقطب تدور وفقًا لقواعد اختيار مقارنة الوادي ، وبالتالي تحكم في تدور خالي من المغنطيسيالمصدر البصري.
في طبقة واحدة متكاملة للوادي المتكاملة ، يتم ربط enc ± k 'Valley Excitons بحالة وادي الدوران ± k من خلال مطابقة الاستقطاب ، ويتحقق ليزر الإكسيتون في درجة حرارة الغرفة من خلال ردود الفعل الخفيفة القوية. في الوقت نفسه ،الليزرتؤدي الآلية إلى قيادة ± k 'Valley المستقلة في البداية للعثور على الحد الأدنى لحالة الخسارة للنظام وإعادة تأسيس ارتباط القفل استنادًا إلى المرحلة الهندسية المقابلة لوادي الدوران.
يزيل التماسك الوادي الذي تحركه آلية الليزر هذه الحاجة إلى قمع درجة الحرارة المنخفضة للانتثار المتقطع. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تعديل الحد الأدنى لحالة الخسارة لليزر أحادي الطبقة Rashba بواسطة استقطاب المضخة الخطي (الدائري) ، والذي يوفر وسيلة للتحكم في شدة الليزر والتماسك المكاني. "
يوضح البروفيسور هاسمان: "الكشفضوئييوفر تأثير Spin Valley Rashba آلية عامة لإنشاء مصادر بصرية تدور على السطح. إن تماسك الوادي الذي أظهر في طبقة واحدة متكاملة للطبقة المتكاملة ، مما يجعلنا أقرب خطوة واحدة من تحقيق تشابك المعلومات الكمومية بين ± K 'Valley Excitons عبر Qubits.
لفترة طويلة ، قام فريقنا بتطوير بصريات الدوران ، باستخدام فوتون تدور كأداة فعالة للتحكم في سلوك الموجات الكهرومغناطيسية. في عام 2018 ، مفتونًا من قبل الوادي الزائفة في المواد ثنائية الأبعاد ، بدأنا مشروعًا طويل الأجل للتحقيق في التحكم النشط في المصادر البصرية ذات النطاق الذري في غياب الحقول المغناطيسية. نستخدم نموذج عيب طور التوت غير المحلي لحل مشكلة الحصول على مرحلة هندسية متماسكة من وادي واحد exciton.
ومع ذلك ، نظرًا لعدم وجود آلية تزامن قوية بين الإكسيتونات ، فإن التراكب الأساسي المتماسك للواديين المتعددة في مصدر ضوء الطبقة الفردية في راشوبا الذي تم تحقيقه لم يتم حله. هذه المشكلة تلهمنا للتفكير في نموذج Rashuba من الفوتونات عالية Q. بعد ابتكار أساليب مادية جديدة ، قمنا بتنفيذ ليزر الطبقة الفردية في Rashuba الموصوفة في هذه الورقة. "
يمهد هذا الإنجاز الطريق لدراسة ظواهر الارتباط المتماسكة المتماسكة في الحقول الكلاسيكية والكمية ، ويفتح طريقة جديدة للبحث الأساسي واستخدام الأجهزة الإلكترونية الضوئية الدوار والضوئي.