ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ ഒരു പുതിയ ലോകം

ഒരു പുതിയ ലോകംഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ

ടെക്നിയൻ-ഇസ്രായേൽ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്നോളജിയിലെ ഗവേഷകർ,ഒപ്റ്റിക്കൽ ലേസർഒരൊറ്റ ആറ്റോമിക് പാളിയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ് ഈ കണ്ടെത്തൽ. ഒരൊറ്റ ആറ്റോമിക് പാളിയും തിരശ്ചീനമായി പരിമിതപ്പെടുത്തിയ ഫോട്ടോണിക് സ്പിൻ ലാറ്റിസും തമ്മിലുള്ള ഒരു യോജിച്ച സ്പിൻ-ആശ്രിത പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിലൂടെയാണ് ഈ കണ്ടെത്തൽ സാധ്യമായത്, ഇത് തുടർച്ചയിലെ ബന്ധിത അവസ്ഥകളിലെ ഫോട്ടോണുകളുടെ റാഷബ-തരം സ്പിൻ വിഭജനം വഴി ഉയർന്ന-ക്യു സ്പിൻ താഴ്‌വരയെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു.
നേച്ചർ മെറ്റീരിയൽസിൽ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചതും അതിന്റെ ഗവേഷണ സംക്ഷിപ്തത്തിൽ എടുത്തുകാണിച്ചതുമായ ഫലം, ക്ലാസിക്കൽ,ക്വാണ്ടം സിസ്റ്റങ്ങൾ, കൂടാതെ ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളിൽ ഇലക്‌ട്രോണിന്റെയും ഫോട്ടോൺ സ്പിന്നിന്റെയും അടിസ്ഥാന ഗവേഷണത്തിനും പ്രയോഗങ്ങൾക്കും പുതിയ വഴികൾ തുറക്കുന്നു. സ്‌പിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉറവിടം ഫോട്ടോൺ മോഡിനെ ഇലക്‌ട്രോൺ സംക്രമണവുമായി സംയോജിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് ഇലക്‌ട്രോണുകളും ഫോട്ടോണുകളും തമ്മിലുള്ള സ്പിൻ വിവര കൈമാറ്റം പഠിക്കുന്നതിനും നൂതന ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിനുമുള്ള ഒരു രീതി നൽകുന്നു.

ഇൻവേർഷൻ അസമമിതി (മഞ്ഞ കോർ മേഖല), ഇൻവേർഷൻ സമമിതി (സിയാൻ ക്ലാഡിംഗ് മേഖല) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് ഫോട്ടോണിക് സ്പിൻ ലാറ്റിസുകളെ ഇന്റർഫേസ് ചെയ്താണ് സ്പിൻ വാലി ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോകാവിറ്റികൾ നിർമ്മിക്കുന്നത്.
ഈ സ്രോതസ്സുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന്, ഫോട്ടോണിലോ ഇലക്ട്രോൺ ഭാഗത്തിലോ രണ്ട് വിപരീത സ്പിൻ അവസ്ഥകൾക്കിടയിലുള്ള സ്പിൻ ഡീജനറസി ഇല്ലാതാക്കുക എന്നതാണ് ഒരു മുൻവ്യവസ്ഥ. ഫാരഡെ അല്ലെങ്കിൽ സീമാൻ പ്രഭാവത്തിന് കീഴിൽ ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രം പ്രയോഗിച്ചാണ് ഇത് സാധാരണയായി നേടുന്നത്, എന്നിരുന്നാലും ഈ രീതികൾക്ക് സാധാരണയായി ശക്തമായ കാന്തികക്ഷേത്രം ആവശ്യമാണ്, കൂടാതെ ഒരു മൈക്രോസോഴ്‌സ് ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയില്ല. മൊമെന്റം സ്‌പെയ്‌സിൽ ഫോട്ടോണുകളുടെ സ്പിൻ-സ്പ്ലിറ്റ് അവസ്ഥകൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഒരു കൃത്രിമ കാന്തികക്ഷേത്രം ഉപയോഗിക്കുന്ന ഒരു ജ്യാമിതീയ ക്യാമറ സിസ്റ്റത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ് മറ്റൊരു വാഗ്ദാന സമീപനം.
നിർഭാഗ്യവശാൽ, സ്പിൻ സ്പ്ലിറ്റ് അവസ്ഥകളെക്കുറിച്ചുള്ള മുൻകാല നിരീക്ഷണങ്ങൾ ലോ-മാസ് ഫാക്ടർ പ്രൊപ്പഗേഷൻ മോഡുകളെ വളരെയധികം ആശ്രയിച്ചിരുന്നു, ഇത് സ്രോതസ്സുകളുടെ സ്പേഷ്യൽ, ടെമ്പറൽ കോഹറൻസിൽ പ്രതികൂല നിയന്ത്രണങ്ങൾ ഏർപ്പെടുത്തുന്നു. ബ്ലോക്കി ലേസർ-ഗെയിൻ മെറ്റീരിയലുകളുടെ സ്പിൻ-നിയന്ത്രിത സ്വഭാവവും ഈ സമീപനത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു, ഇത് സജീവമായി നിയന്ത്രിക്കാൻ എളുപ്പത്തിൽ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയില്ല അല്ലെങ്കിൽ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയില്ല.പ്രകാശ സ്രോതസ്സുകൾ, പ്രത്യേകിച്ച് മുറിയിലെ താപനിലയിൽ കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളുടെ അഭാവത്തിൽ.
ഉയർന്ന-Q സ്പിൻ-വിഭജന അവസ്ഥകൾ കൈവരിക്കുന്നതിന്, ഗവേഷകർ വ്യത്യസ്ത സമമിതികളുള്ള ഫോട്ടോണിക് സ്പിൻ ലാറ്റിസുകൾ നിർമ്മിച്ചു, അതിൽ വിപരീത അസമമിതിയുള്ള ഒരു കോർ, ഒരു WS2 സിംഗിൾ ലെയറുമായി സംയോജിപ്പിച്ച ഒരു വിപരീത സമമിതി എൻവലപ്പ് എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു, ഇത് ലാറ്ററലി കൺസ്ട്രൈൻഡ് സ്പിൻ വാലികൾ നിർമ്മിക്കുന്നു. ഗവേഷകർ ഉപയോഗിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന വിപരീത അസമമിതി ലാറ്റിസിന് രണ്ട് പ്രധാന ഗുണങ്ങളുണ്ട്.
ഇവയിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന ഹെറ്റീരിയോളജിക്കൽ അനിസോട്രോപിക് നാനോപോറസിന്റെ ജ്യാമിതീയ ഫേസ് സ്പേസ് വ്യതിയാനം മൂലമുണ്ടാകുന്ന നിയന്ത്രിക്കാവുന്ന സ്പിൻ-ആശ്രിത റെസിപ്രോക്കൽ ലാറ്റിസ് വെക്റ്റർ. ഈ വെക്റ്റർ സ്പിൻ ഡീഗ്രഡേഷൻ ബാൻഡിനെ മൊമെന്റം സ്പേസിലെ രണ്ട് സ്പിൻ-പോളറൈസ്ഡ് ബ്രാഞ്ചുകളായി വിഭജിക്കുന്നു, ഇത് ഫോട്ടോണിക് റഷ്ബർഗ് ഇഫക്റ്റ് എന്നറിയപ്പെടുന്നു.
തുടർച്ചയിലെ ഒരു ജോഡി ഉയർന്ന Q സമമിതി (ക്വാസി) ബന്ധിത അവസ്ഥകൾ, അതായത് സ്പിൻ വിഭജിക്കുന്ന ശാഖകളുടെ അരികിലുള്ള ±K (ബ്രില്ലൂയിൻ ബാൻഡ് ആംഗിൾ) ഫോട്ടോൺ സ്പിൻ താഴ്‌വരകൾ, തുല്യ ആംപ്ലിറ്റ്യൂഡുകളുടെ ഒരു സഹജമായ സൂപ്പർപോസിഷൻ ഉണ്ടാക്കുന്നു.
പ്രൊഫസർ കോറൻ പറഞ്ഞു: “ഈ ഡയറക്ട് ബാൻഡ്-ഗ്യാപ് ട്രാൻസിഷൻ മെറ്റൽ ഡൈസൾഫൈഡിന് ഒരു സവിശേഷമായ വാലി സ്യൂഡോ-സ്പിൻ ഉള്ളതിനാലും വാലി ഇലക്ട്രോണുകളിൽ ഒരു ബദൽ വിവര വാഹകമായി വിപുലമായി പഠിച്ചതിനാലും ഞങ്ങൾ WS2 മോണോലൈഡുകളെ ഗെയിൻ മെറ്റീരിയലായി ഉപയോഗിച്ചു. പ്രത്യേകിച്ചും, വാലി താരതമ്യ തിരഞ്ഞെടുപ്പ് നിയമങ്ങൾ അനുസരിച്ച് സ്പിൻ-പോളറൈസ്ഡ് പ്രകാശം ഉപയോഗിച്ച് അവയുടെ ±K 'വാലി എക്‌സിറ്റോണുകൾ (പ്ലാനർ സ്പിൻ-പോളറൈസ്ഡ് ഡൈപോൾ എമിറ്ററുകളുടെ രൂപത്തിൽ വികിരണം ചെയ്യുന്നു) തിരഞ്ഞെടുത്ത് ഉത്തേജിപ്പിക്കാൻ കഴിയും, അങ്ങനെ കാന്തികമായി സ്വതന്ത്രമായ ഒരു സ്പിൻ സജീവമായി നിയന്ത്രിക്കുന്നു.ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉറവിടം.
ഒരു സിംഗിൾ-ലെയർ ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സ്പിൻ വാലി മൈക്രോകാവിറ്റിയിൽ, പോളറൈസേഷൻ മാച്ചിംഗ് വഴി ±K 'വാലി എക്‌സിറ്റോണുകളെ ±K സ്പിൻ വാലി അവസ്ഥയുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുന്നു, കൂടാതെ റൂം താപനിലയിൽ സ്പിൻ എക്‌സിറ്റോൺ ലേസർ ശക്തമായ പ്രകാശ ഫീഡ്‌ബാക്ക് വഴി സാക്ഷാത്കരിക്കപ്പെടുന്നു. അതേ സമയം,ലേസർസിസ്റ്റത്തിന്റെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ നഷ്ടാവസ്ഥ കണ്ടെത്തുന്നതിനും ±K സ്പിൻ വാലിക്ക് എതിർവശത്തുള്ള ജ്യാമിതീയ ഘട്ടത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ലോക്ക്-ഇൻ പരസ്പരബന്ധം പുനഃസ്ഥാപിക്കുന്നതിനും പ്രാരംഭ ഘട്ടത്തിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രമായ ±K 'വാലി എക്‌സിറ്റോണുകളെ മെക്കാനിസം നയിക്കുന്നു.
ഈ ലേസർ സംവിധാനം നയിക്കുന്ന വാലി കോഹറൻസ്, ഇടയ്ക്കിടെയുള്ള സ്കാറ്ററിംഗിനെ താഴ്ന്ന താപനിലയിൽ അടിച്ചമർത്തേണ്ടതിന്റെ ആവശ്യകത ഇല്ലാതാക്കുന്നു. കൂടാതെ, റാഷ്ബ മോണോലെയർ ലേസറിന്റെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ നഷ്ടാവസ്ഥ ലീനിയർ (വൃത്താകൃതിയിലുള്ള) പമ്പ് പോളറൈസേഷൻ വഴി മോഡുലേറ്റ് ചെയ്യാൻ കഴിയും, ഇത് ലേസർ തീവ്രതയും സ്പേഷ്യൽ കോഹറൻസും നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു മാർഗം നൽകുന്നു.
പ്രൊഫസർ ഹാസ്മാൻ വിശദീകരിക്കുന്നു: “വെളിപ്പെടുത്തപ്പെട്ടത്ഫോട്ടോണിക്ഉപരിതല-ഉൽസർജക സ്പിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്രോതസ്സുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പൊതു സംവിധാനം സ്പിൻ വാലി റാഷ്ബ പ്രഭാവം നൽകുന്നു. സിംഗിൾ-ലെയർ ഇന്റഗ്രേറ്റഡ് സ്പിൻ വാലി മൈക്രോകാവിറ്റിയിൽ പ്രദർശിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന വാലി കോഹറൻസ്, ക്വിറ്റുകൾ വഴി ±K 'വാലി എക്‌സിറ്റോണുകൾക്കിടയിൽ ക്വാണ്ടം ഇൻഫർമേഷൻ എൻടാൻഗിൾമെന്റ് കൈവരിക്കുന്നതിലേക്ക് നമ്മെ ഒരു പടി അടുപ്പിക്കുന്നു.
വളരെക്കാലമായി, ഞങ്ങളുടെ ടീം വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളുടെ സ്വഭാവം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനുള്ള ഫലപ്രദമായ ഉപകരണമായി ഫോട്ടോൺ സ്പിൻ ഉപയോഗിച്ച് സ്പിൻ ഒപ്റ്റിക്സ് വികസിപ്പിച്ചുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. 2018-ൽ, ദ്വിമാന വസ്തുക്കളിലെ വാലി സ്യൂഡോ-സ്പിന്നിൽ കൗതുകമുണർത്തി, കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളുടെ അഭാവത്തിൽ ആറ്റോമിക്-സ്കെയിൽ സ്പിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്രോതസ്സുകളുടെ സജീവ നിയന്ത്രണം അന്വേഷിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു ദീർഘകാല പദ്ധതി ഞങ്ങൾ ആരംഭിച്ചു. ഒരൊറ്റ വാലി എക്‌സിറ്റോണിൽ നിന്ന് കോഹെറന്റ് ജ്യാമിതീയ ഘട്ടം നേടുന്നതിനുള്ള പ്രശ്നം പരിഹരിക്കാൻ ഞങ്ങൾ നോൺ-ലോക്കൽ ബെറി ഫേസ് ഡിഫെക്റ്റ് മോഡൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
എന്നിരുന്നാലും, എക്‌സിറ്റോണുകൾക്കിടയിൽ ശക്തമായ ഒരു സിൻക്രൊണൈസേഷൻ സംവിധാനത്തിന്റെ അഭാവം മൂലം, റാഷുബ സിംഗിൾ-ലെയർ പ്രകാശ സ്രോതസ്സിലെ ഒന്നിലധികം വാലി എക്‌സിറ്റോണുകളുടെ അടിസ്ഥാനപരമായ ഏകീകൃത സൂപ്പർപോസിഷൻ പരിഹരിക്കപ്പെട്ടിട്ടില്ല. ഉയർന്ന ക്യു ഫോട്ടോണുകളുടെ റാഷുബ മോഡലിനെക്കുറിച്ച് ചിന്തിക്കാൻ ഈ പ്രശ്നം നമ്മെ പ്രചോദിപ്പിക്കുന്നു. പുതിയ ഭൗതിക രീതികൾ നവീകരിച്ചതിനുശേഷം, ഈ പ്രബന്ധത്തിൽ വിവരിച്ചിരിക്കുന്ന റാഷുബ സിംഗിൾ-ലെയർ ലേസർ ഞങ്ങൾ നടപ്പിലാക്കി.
ക്ലാസിക്കൽ, ക്വാണ്ടം മേഖലകളിലെ കോഹെറന്റ് സ്പിൻ കോറിലേഷൻ പ്രതിഭാസങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിന് ഈ നേട്ടം വഴിയൊരുക്കുന്നു, കൂടാതെ സ്പിൻട്രോണിക്, ഫോട്ടോണിക് ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാന ഗവേഷണത്തിനും ഉപയോഗത്തിനും ഒരു പുതിയ വഴി തുറക്കുന്നു.