光電子デバイスの新しい世界

の新しい世界光電子デバイス

Technion-Israel Institute of Technologyの研究者は、一貫した制御されたスピンを開発しました光レーザー単一の原子層に基づいています。この発見は、単一の原子層と水平に制約されたフォトニックスピン格子との間のコヒーレントなスピン依存性の相互作用によって可能になりました。
Nature Materialsに掲載され、その研究ブリーフで強調されている結果は、古典的および古典的およびCoherent Spin関連現象の研究への道を開く方法を開きます量子システム、そして、光電子デバイスにおける電子および光子スピンの基本的な研究と応用のための新しい道を開きます。スピン光源は、光子モードと電子遷移を組み合わせて、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方法を提供します。

スピンバレーの光学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（シアンクラッディング領域）を備えた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に、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変性を排除することです。これは通常、ファラデーまたはゼーマン効果の下で磁場を適用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することはできません。別の有望なアプローチは、人工磁場を使用して運動量空間で光子のスプリットスプリット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。
残念ながら、スピンスプリット状態の以前の観察は、低質量因子伝播モードに大きく依存しており、ソースの空間的および時間的一貫性に不利な制約を課しています。このアプローチは、ブロック状のレーザーゲイン材料のスピン制御された性質によっても妨げられています。光源、特に室温で磁場がない場合。
高qスピンスプリッティング状態を達成するために、研究者は、反転の非対称性を備えたコアと、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、横方向に制約されたスピンバレーを生成しました。研究者が使用する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。
それらで構成される不均一な異方性ナノポーラスの幾何学的相空間空間変動によって引き起こされる制御可能なスピン依存性相互格子ベクトル。このベクトルは、Photonic Rushberg効果として知られる運動量空間で、スピン分解バンドを2つのスピン偏光枝に分割します。
連続体の高Q対称（quasi）結合状態のペア、すなわち±k（ブリルアンバンドアングル）スピン分割ブランチの端にある光子スピンバレーは、等しい振幅のコヒーレントな重ね合わせを形成します。
Koren教授は次のように述べています。「この直接バンドギャップ遷移金属ジスルフィドにはユニークな谷間擬似スピンがあり、バレー電子の代替情報キャリアとして広範囲に研究されているため、WS2モノライドをゲイン材料として使用しました。具体的には、それらの±k 'バレー励起子（平面スピン偏光双極子エミッターの形で放射される）は、バレーの比較選択ルールに従ってスピン偏光の光によって選択的に励起される可能性があるため、磁気的に自由なスピンを積極的に制御します。光源.
単一層の統合されたスピンバレーの微小局所では、±k 'バレーの励起子は、偏光一致により±kスピンバレー状態に結合され、室温でのスピン励起子レーザーは強い光フィードバックによって実現されます。同時に、レーザメカニズムは、最初の位相に依存しない±k 'バレー励起子を駆動して、システムの最小損失状態を見つけ、±kスピンバレーの反対側の幾何学的相に基づいてロックイン相関を再確立します。
このレーザーメカニズムによって駆動される谷の一貫性は、断続的な散乱の低温抑制の必要性を排除します。さらに、Rashba Monolayerレーザーの最小損失状態は、線形（円形）ポンプ偏光によって調整でき、レーザー強度と空間的一貫性を制御する方法を提供します。」
ハスマン教授は次のように説明していますフォトニックSpin Valley Rashba効果は、表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。単一層の統合されたスピンバレーの縮図で実証された谷のコヒーレンスは、±k 'バレーの励起子の間の量子情報の絡み合いをQUBITSで1つに近づけます。
長い間、私たちのチームは、電磁波の動作を制御するための効果的なツールとしてPhoton Spinを使用して、スピン光学系を開発してきました。 2次元材料で谷間擬似スピンに興味をそそられた2018年に、磁場がない場合に原子スケールスピン光源の活発な制御を調査するための長期プロジェクトを開始しました。非ローカルベリー相欠陥モデルを使用して、単一の谷励起子からコヒーレントな幾何学相を取得する問題を解決します。
しかし、励起子間の強い同期メカニズムがないため、達成されたラシュバの単層光源における複数の谷励起子の基本的な一貫した重ね合わせは未解決のままです。この問題は、高Q光子のRashubaモデルについて考えるように促します。新しい物理的方法を革新した後、この論文で説明されているRashubaの単一層レーザーを実装しました。」
この成果は、古典界と量子フィールドにおけるコヒーレントスピン相関現象の研究への道を開き、スピトロニックおよびフォトニックオプトエレクトロニックデバイスの基礎研究と使用のための新しい方法を開きます。