光電子デバイスの新しい世界

新しい世界の光電子デバイス

テクニオン・イスラエル工科大学の研究者は、一貫して制御されたスピンを開発した光学レーザー単一の原子層に基づいています。この発見は、単一原子層と水平方向に拘束されたフォトニックスピン格子の間のコヒーレントなスピン依存相互作用によって可能となり、連続体中の束縛状態の光子のラシャバ型スピン分割を通じて高Qスピンバレーをサポートする。
Nature Materials に掲載され、その研究概要で強調されているこの結果は、古典的および古典的分野におけるコヒーレントなスピン関連現象の研究への道を開きます。量子システム、光電子デバイスにおける電子と光子のスピンの基礎研究と応用に新たな道を開きます。スピン光源は、光子モードと電子遷移を組み合わせたもので、電子と光子の間のスピン情報交換を研究し、高度な光電子デバイスを開発するための方法を提供します。

スピンバレー光マイクロキャビティは、反転非対称性（黄色のコア領域）と反転対称性（シアン色のクラッド領域）を持つフォトニックスピン格子をインターフェースすることによって構築されます。
これらのソースを構築するための前提条件は、光子または電子部分の 2 つの反対のスピン状態の間のスピン縮退を除去することです。これは通常、ファラデー効果またはゼーマン効果の下で磁場を印加することによって達成されますが、これらの方法は通常強力な磁場を必要とし、マイクロソースを生成できません。もう 1 つの有望なアプローチは、人工磁場を使用して運動量空間内に光子のスピン分割状態を生成する幾何学的カメラ システムに基づいています。
残念なことに、これまでのスピン分裂状態の観測は、低質量因子伝播モードに大きく依存しており、そのため、ソースの空間的および時間的コヒーレンスに不利な制約が課せられていました。このアプローチは、ブロック状のレーザー利得材料のスピン制御される性質によっても妨げられ、これを積極的に制御するために使用することはできない、または簡単には使用できません。光源特に室温で磁場のない場合。
高Qのスピン分裂状態を達成するために、研究者らは、横方向に拘束されたスピンバレーを生成するために、反転非対称性を持つコアとWS2単層と統合された反転対称エンベロープを含む、さまざまな対称性を持つフォトニックスピン格子を構築した。研究者らが使用した基本的な逆非対称格子には 2 つの重要な特性があります。
それらから構成される不均一異方性ナノポーラスの幾何学的位相空間変化によって引き起こされる、制御可能なスピン依存逆格子ベクトル。このベクトルは、フォトニック ラッシュバーグ効果として知られる、スピン劣化バンドを運動量空間内の 2 つのスピン偏極した分岐に分割します。
連続体における一対の高 Q 対称 (準) 束縛状態、つまりスピン分割枝の端にある ±K (ブリルアン バンド角度) 光子のスピン谷は、等しい振幅のコヒーレントな重ね合わせを形成します。
コレン教授は次のように述べています。「このダイレクトバンドギャップ遷移金属二硫化物は独特のバレー擬似スピンを持ち、バレー電子の代替情報伝達体として広く研究されてきたため、WS2モノライドを利得材料として使用しました。具体的には、それらの±K'谷励起子（平面スピン偏極双極子エミッタの形で放射する）は、谷比較選択規則に従ってスピン偏光によって選択的に励起することができ、したがって磁気的に自由なスピンを能動的に制御することができる。光源.
単層集積スピンバレー微小共振器では、±K’バレー励起子が偏光整合により±Kスピンバレー状態に結合し、強い光フィードバックにより室温でのスピン励起子レーザーが実現される。同時に、レーザこのメカニズムは、最初は位相に依存しない±K'谷励起子を駆動して、システムの最小損失状態を見つけ、±Kスピン谷の反対側の幾何学的位相に基づいてロックイン相関を再確立します。
このレーザー機構によって駆動されるバレーコヒーレンスにより、断続的な散乱を低温で抑制する必要がなくなります。さらに、ラシュバ単層レーザーの最小損失状態は、直線（円形）ポンプ偏光によって変調でき、これによりレーザー強度と空間コヒーレンスを制御する方法が提供されます。」
ハスマン教授は次のように説明します。フォトニックスピンバレー ラシュバ効果は、面発光スピン光源を構築するための一般的なメカニズムを提供します。単層集積スピンバレーマイクロキャビティで実証されたバレーコヒーレンスは、量子ビットを介した±K'バレー励起子間の量子情報もつれの達成に一歩近づきました。
長い間、私たちのチームは、電磁波の挙動を制御するための効果的なツールとして光子のスピンを使用するスピン光学の開発を行ってきました。 2018 年、私たちは 2 次元材料におけるバレー擬似スピンに興味を持ち、磁場のない状態での原子スケールのスピン光源のアクティブ制御を調査する長期プロジェクトを開始しました。非局所的なベリー位相欠陥モデルを使用して、単一のバレー励起子からコヒーレントな幾何学的位相を取得する問題を解決します。
しかし、励起子間の強力な同期メカニズムが欠如しているため、ラシュバ単層光源で実現されている複数の谷励起子の基本的なコヒーレントな重ね合わせは未解決のままです。この問題は、高 Q 光子のラシュバ モデルについて考えるきっかけになります。新しい物理的手法を革新した後、この論文で説明されているラシュバ単層レーザーを実装しました。」
この成果は、古典分野および量子分野におけるコヒーレントスピン相関現象の研究に道を開き、スピントロニクスおよびフォトニック光電子デバイスの基礎研究と利用に新たな道を切り開きます。