原子尺度自旋光激光器:光電子器件的新領域
開發(fā)了一種基于單原子層的相干可控自旋光學激光器。這一發(fā)現(xiàn)是通過單原子層與橫向受限的光子自旋晶格之間的相干自旋依賴相互作用實現(xiàn)的,后者通過連續(xù)統(tǒng)中束縛態(tài)的光子Rashaba型自旋分裂支持高Q自旋谷態(tài)。
一種可控的自旋依賴互反晶格矢量,由其組成的非均勻各向異性納米孔的空變幾何相位引起。該矢量在動量空間中將自旋退化帶分裂為兩個自旋極化分支,被稱為光子拉什巴效應。 連續(xù)介質中一對高Q對稱(準)束縛態(tài),即在自旋分裂分支的帶邊緣的±K(布里淵區(qū)角)光子自旋谷態(tài),而且這兩個態(tài)形成一個振幅相等的相干疊加態(tài)。 Koren教授指出:“我們使用WS2單層作為增益材料,因為這種直接帶隙過渡金屬二硫化物具有獨特的谷偽自旋,在谷電子學中作為替代信息載體被廣泛研究。具體來說,它們的±K'谷激子(作為平面自旋偏振偶極發(fā)射器輻射)可以根據谷對比選擇規(guī)則被自旋偏振光選擇性激發(fā),從而可以在沒有磁場的情況下主動控制自旋光學光源。” 在單層集成的自旋谷微腔中,±K'谷激子通過偏振匹配耦合到±K自旋谷態(tài),通過強光反饋實現(xiàn)室溫自旋光激子激光,同時,激光機制驅動初始無相位相關的±K'谷激子尋找系統(tǒng)的最小損耗態(tài),根據±K自旋谷態(tài)相反的幾何相位重新建立相位鎖定相關。 這種激光機制驅動的山谷相干消除了對低溫抑制間歇散射的需要。此外,Rashba單層激光器的最小損耗狀態(tài)可以通過線性(圓形)泵浦偏振來調節(jié),這提供了一種控制激光強度和空間相干的方法。 Hasman教授解釋說:“揭示的光子自旋谷Rashba效應提供了一種構造表面發(fā)射自旋光學光源的一般機制。在單層集成的自旋谷微腔中展示的谷相干性,使我們朝著通過量子位實現(xiàn)±K'谷激子之間量子信息的糾纏邁出了一步! 長期以來,我們的團隊一直在開發(fā)自旋光學,以利用光子自旋作為控制電磁波行為的有效工具。2018年,我們被二維材料中的谷偽自旋所吸引,因此開始了一個長期的項目,研究在沒有磁場的情況下,對原子尺度自旋光學光源的主動控制。我們最初通過使用非局部Berry相位缺陷模式,解決了從單個谷激子中獲取相干幾何相位的挑戰(zhàn)。 然而,由于激子之間缺乏強同步機制,已實現(xiàn)的Rashuba單層光源的多個谷激子的基本相干疊加仍然未解決。這個問題激發(fā)我們思考高Q光子Rashuba模式。在新的物理方法創(chuàng)新之后,我們實現(xiàn)了本文所述的Rashuba單層激光器。 這項成就為在經典和量子領域研究相干自旋相關現(xiàn)象鋪平了道路,為基礎研究和利用電子和光子自旋的光電子設備開辟了新的天地。 相關鏈接:https://phys.org/news/2023-09-atomic-scale-spin-optical-laser-horizon-optoelectronic.html |
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