ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ ഒരു പുതിയ ലോകം

ഒരു പുതിയ ലോകംഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ

ടെക്നിയൻ-ഇസ്രായേൽ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ഓഫ് ടെക്നോളജിയിലെ ഗവേഷകർ യോജിച്ച നിയന്ത്രിത സ്പിൻ വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു.ഒപ്റ്റിക്കൽ ലേസർഒരൊറ്റ ആറ്റോമിക് പാളിയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി. ഒരൊറ്റ ആറ്റോമിക് പാളിയും തിരശ്ചീനമായി നിയന്ത്രിത ഫോട്ടോണിക് സ്പിൻ ലാറ്റിസും തമ്മിലുള്ള യോജിച്ച സ്പിൻ-ആശ്രിത ഇടപെടലിലൂടെയാണ് ഈ കണ്ടെത്തൽ സാധ്യമായത്, ഇത് തുടർച്ചയായി ബന്ധിപ്പിച്ച അവസ്ഥകളുടെ ഫോട്ടോണുകളുടെ റഷാബ-ടൈപ്പ് സ്പിൻ വിഭജനത്തിലൂടെ ഉയർന്ന-ക്യു സ്പിൻ താഴ്വരയെ പിന്തുണയ്ക്കുന്നു.
ഫലം, നേച്ചർ മെറ്റീരിയലിൽ പ്രസിദ്ധീകരിക്കുകയും അതിൻ്റെ ഗവേഷണ സംക്ഷിപ്തത്തിൽ ഹൈലൈറ്റ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു, ക്ലാസിക്കൽ, സ്പിൻ സംബന്ധമായ പ്രതിഭാസങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിന് വഴിയൊരുക്കുന്നു.ക്വാണ്ടം സിസ്റ്റങ്ങൾ, ഒപ്പം ഒപ്‌റ്റോഇലക്‌ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളിൽ ഇലക്‌ട്രോണിൻ്റെയും ഫോട്ടോൺ സ്‌പിന്നിൻ്റെയും അടിസ്ഥാന ഗവേഷണത്തിനും പ്രയോഗങ്ങൾക്കും പുതിയ വഴികൾ തുറക്കുന്നു. സ്പിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ സോഴ്സ് ഫോട്ടോൺ മോഡിനെ ഇലക്ട്രോൺ സംക്രമണവുമായി സംയോജിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് ഇലക്ട്രോണുകളും ഫോട്ടോണുകളും തമ്മിലുള്ള സ്പിൻ ഇൻഫർമേഷൻ എക്സ്ചേഞ്ച് പഠിക്കുന്നതിനും നൂതന ഒപ്റ്റോഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ വികസിപ്പിക്കുന്നതിനുമുള്ള ഒരു രീതി നൽകുന്നു.

ഇൻവേർഷൻ അസമമിതി (യെല്ലോ കോർ റീജിയൻ), ഇൻവേർഷൻ സിമെട്രി (സിയാൻ ക്ലാഡിംഗ് റീജിയൻ) എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച് ഫോട്ടോണിക് സ്പിൻ ലാറ്റിസുകളെ ഇൻ്റർഫേസ് ചെയ്താണ് സ്പിൻ വാലി ഒപ്റ്റിക്കൽ മൈക്രോകാവിറ്റികൾ നിർമ്മിക്കുന്നത്.
ഈ സ്രോതസ്സുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന്, ഫോട്ടോൺ അല്ലെങ്കിൽ ഇലക്ട്രോൺ ഭാഗത്ത് രണ്ട് വിപരീത സ്പിൻ അവസ്ഥകൾക്കിടയിലുള്ള സ്പിൻ ഡീജനറസി ഇല്ലാതാക്കുക എന്നതാണ് ഒരു മുൻവ്യവസ്ഥ. ഫാരഡെ അല്ലെങ്കിൽ സീമാൻ ഇഫക്റ്റിന് കീഴിൽ ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രം പ്രയോഗിച്ചാണ് ഇത് സാധാരണയായി കൈവരിക്കുന്നത്, എന്നിരുന്നാലും ഈ രീതികൾക്ക് സാധാരണയായി ശക്തമായ കാന്തികക്ഷേത്രം ആവശ്യമാണ്, കൂടാതെ ഒരു മൈക്രോസോഴ്സ് നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയില്ല. മറ്റൊരു വാഗ്ദാനമായ സമീപനം ഒരു ജ്യാമിതീയ ക്യാമറ സംവിധാനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്, അത് ഒരു കൃത്രിമ കാന്തികക്ഷേത്രം ഉപയോഗിച്ച് മൊമെൻ്റം സ്പേസിൽ ഫോട്ടോണുകളുടെ സ്പിൻ-സ്പ്ലിറ്റ് അവസ്ഥകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു.
നിർഭാഗ്യവശാൽ, സ്പിൻ സ്പ്ലിറ്റ് സ്റ്റേറ്റുകളുടെ മുൻ നിരീക്ഷണങ്ങൾ ലോ-മാസ് ഫാക്ടർ പ്രൊപ്പഗേഷൻ മോഡുകളെ വളരെയധികം ആശ്രയിക്കുന്നു, ഇത് സ്രോതസ്സുകളുടെ സ്പേഷ്യൽ, ടെമ്പറൽ കോഹറൻസിനു പ്രതികൂലമായ നിയന്ത്രണങ്ങൾ ഏർപ്പെടുത്തുന്നു. ബ്ളോക്കി ലേസർ-ഗെയിൻ മെറ്റീരിയലുകളുടെ സ്പിൻ നിയന്ത്രിത സ്വഭാവവും ഈ സമീപനത്തെ തടസ്സപ്പെടുത്തുന്നു, ഇത് സജീവമായി നിയന്ത്രിക്കാൻ എളുപ്പത്തിൽ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയില്ല അല്ലെങ്കിൽ ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയില്ല.പ്രകാശ സ്രോതസ്സുകൾ, പ്രത്യേകിച്ച് ഊഷ്മാവിൽ കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളുടെ അഭാവത്തിൽ.
ഉയർന്ന-ക്യു സ്പിൻ-സ്പ്ലിറ്റിംഗ് അവസ്ഥകൾ കൈവരിക്കുന്നതിന്, ഗവേഷകർ വ്യത്യസ്ത സമമിതികളുള്ള ഫോട്ടോണിക് സ്പിൻ ലാറ്റിസുകൾ നിർമ്മിച്ചു, ഇൻവേർഷൻ അസമമിതിയുള്ള ഒരു കാമ്പും ഒരു ഡബ്ല്യുഎസ്2 സിംഗിൾ ലെയറുമായി സംയോജിപ്പിച്ച ഒരു ഇൻവേർഷൻ സിമെട്രിക് എൻവലപ്പും ഉൾപ്പെടുന്നു, പാർശ്വസ്ഥമായി പരിമിതമായ സ്പിൻ താഴ്വരകൾ നിർമ്മിക്കാൻ. ഗവേഷകർ ഉപയോഗിക്കുന്ന അടിസ്ഥാന വിപരീത അസമമിതി ലാറ്റിസിന് രണ്ട് പ്രധാന ഗുണങ്ങളുണ്ട്.
നിയന്ത്രിത സ്പിൻ-ആശ്രിത റിസിപ്രോക്കൽ ലാറ്റിസ് വെക്റ്റർ അവയിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന വൈവിധ്യമാർന്ന അനിസോട്രോപിക് നാനോപോറസിൻ്റെ ജ്യാമിതീയ ഘട്ട സ്പേസ് വ്യതിയാനം മൂലമാണ്. ഈ വെക്റ്റർ സ്പിൻ ഡിഗ്രേഡേഷൻ ബാൻഡിനെ മൊമെൻ്റം സ്പേസിൽ രണ്ട് സ്പിൻ-പോളറൈസ്ഡ് ബ്രാഞ്ചുകളായി വിഭജിക്കുന്നു, ഇത് ഫോട്ടോണിക്ക് റഷ്ബർഗ് ഇഫക്റ്റ് എന്നറിയപ്പെടുന്നു.
തുടർച്ചയായി ഒരു ജോടി ഉയർന്ന Q സമമിതി (അർദ്ധ) ബന്ധിതമായ അവസ്ഥകൾ, അതായത് ±K (Brillouin ബാൻഡ് ആംഗിൾ) സ്പിന്നിംഗ് ശാഖകളുടെ അരികിലുള്ള ഫോട്ടോൺ സ്പിൻ താഴ്വരകൾ, തുല്യ ആംപ്ലിറ്റ്യൂഡുകളുടെ ഒരു യോജിച്ച സൂപ്പർപോസിഷൻ ഉണ്ടാക്കുന്നു.
പ്രൊഫസർ കോറൻ അഭിപ്രായപ്പെട്ടു: "ഈ ഡയറക്ട് ബാൻഡ്-ഗാപ്പ് ട്രാൻസിഷൻ മെറ്റൽ ഡിസൾഫൈഡിന് സവിശേഷമായ വാലി കപട-സ്പിന്നുള്ളതിനാൽ, വാലി ഇലക്ട്രോണുകളിൽ ഒരു ബദൽ വിവര വാഹകനായി വിപുലമായി പഠിച്ചിട്ടുള്ളതിനാൽ ഞങ്ങൾ WS2 മോണോലൈഡുകളെ നേട്ട സാമഗ്രിയായി ഉപയോഗിച്ചു. പ്രത്യേകമായി, അവയുടെ ±K 'വാലി എക്‌സിറ്റോണുകൾ (പ്ലാനർ സ്പിൻ-പോളറൈസ്ഡ് ദ്വിധ്രുവ എമിറ്ററുകളുടെ രൂപത്തിൽ വികിരണം ചെയ്യുന്നു) വാലി താരതമ്യ തിരഞ്ഞെടുക്കൽ നിയമങ്ങൾക്കനുസരിച്ച് സ്പിൻ-പോളറൈസ്ഡ് ലൈറ്റ് തിരഞ്ഞെടുത്ത് ആവേശഭരിതമാക്കാം, അങ്ങനെ കാന്തിക സ്വതന്ത്ര സ്പിൻ സജീവമായി നിയന്ത്രിക്കുന്നു.ഒപ്റ്റിക്കൽ ഉറവിടം.
ഒരു ഒറ്റ-പാളി സംയോജിത സ്പിൻ വാലി മൈക്രോകാവിറ്റിയിൽ, ധ്രുവീകരണ പൊരുത്തപ്പെടുത്തൽ വഴി ±K 'വാലി എക്‌സിറ്റോണുകൾ ±K സ്പിൻ വാലി സ്റ്റേറ്റുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ റൂം ടെമ്പറേച്ചറിലെ സ്പിൻ എക്‌സിറ്റോൺ ലേസർ ശക്തമായ ലൈറ്റ് ഫീഡ്‌ബാക്ക് വഴി തിരിച്ചറിയുന്നു. അതേ സമയം, ദിലേസർസിസ്റ്റത്തിൻ്റെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ നഷ്ടാവസ്ഥ കണ്ടെത്തുന്നതിനും ±K സ്പിൻ വാലിയുടെ എതിർവശത്തുള്ള ജ്യാമിതീയ ഘട്ടത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ലോക്ക്-ഇൻ കോറിലേഷൻ പുനഃസ്ഥാപിക്കുന്നതിനും മെക്കാനിസം തുടക്കത്തിൽ ഘട്ടം-സ്വതന്ത്രമായ ±K 'വാലി എക്സിറ്റോണുകളെ നയിക്കുന്നു.
ഈ ലേസർ മെക്കാനിസത്താൽ നയിക്കപ്പെടുന്ന വാലി കോഹറൻസ് ഇടയ്ക്കിടെയുള്ള ചിതറിക്കിടക്കുന്നതിൻ്റെ കുറഞ്ഞ താപനില അടിച്ചമർത്തലിൻ്റെ ആവശ്യകത ഇല്ലാതാക്കുന്നു. കൂടാതെ, റാഷ്ബ മോണോലെയർ ലേസറിൻ്റെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ നഷ്ടം ലീനിയർ (വൃത്താകൃതിയിലുള്ള) പമ്പ് ധ്രുവീകരണം വഴി മോഡുലേറ്റ് ചെയ്യാൻ കഴിയും, ഇത് ലേസർ തീവ്രതയും സ്പേഷ്യൽ കോഹറൻസും നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു മാർഗം നൽകുന്നു.
പ്രൊഫസർ ഹസ്മാൻ വിശദീകരിക്കുന്നു: “വെളിപ്പെടുത്തിയത്ഫോട്ടോണിക്സ്പിൻ വാലി റഷ്ബ പ്രഭാവം ഉപരിതല-എമിറ്റിംഗ് സ്പിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്രോതസ്സുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പൊതു സംവിധാനം നൽകുന്നു. സിംഗിൾ-ലെയർ ഇൻ്റഗ്രേറ്റഡ് സ്പിൻ വാലി മൈക്രോകാവിറ്റിയിൽ പ്രദർശിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന വാലി കോഹറൻസ്, ക്യുബിറ്റുകൾ വഴി ±K 'വാലി എക്‌സിറ്റോണുകൾക്കിടയിൽ ക്വാണ്ടം ഇൻഫർമേഷൻ എൻടാൻഗ്ലിമെൻ്റ് നേടുന്നതിന് ഒരു പടി കൂടി അടുപ്പിക്കുന്നു.
വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളുടെ സ്വഭാവം നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനുള്ള ഫലപ്രദമായ ഉപകരണമായി ഫോട്ടോൺ സ്പിൻ ഉപയോഗിച്ച് ഞങ്ങളുടെ ടീം വളരെക്കാലമായി സ്പിൻ ഒപ്റ്റിക്സ് വികസിപ്പിക്കുന്നു. 2018-ൽ, ദ്വിമാന സാമഗ്രികളിലെ വാലി കപട സ്‌പിന്നിൽ ആകൃഷ്ടരായി, കാന്തികക്ഷേത്രങ്ങളുടെ അഭാവത്തിൽ ആറ്റോമിക് സ്‌കെയിൽ സ്പിൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ സ്രോതസ്സുകളുടെ സജീവ നിയന്ത്രണം അന്വേഷിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു ദീർഘകാല പദ്ധതി ഞങ്ങൾ ആരംഭിച്ചു. സിംഗിൾ വാലി എക്‌സിറ്റോണിൽ നിന്ന് കോഹറൻ്റ് ജ്യാമിതീയ ഘട്ടം നേടുന്നതിനുള്ള പ്രശ്നം പരിഹരിക്കാൻ ഞങ്ങൾ നോൺ-ലോക്കൽ ബെറി ഫേസ് ഡിഫെക്റ്റ് മോഡൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു.
എന്നിരുന്നാലും, എക്‌സിറ്റോണുകൾക്കിടയിൽ ശക്തമായ സമന്വയ സംവിധാനത്തിൻ്റെ അഭാവം മൂലം, നേടിയെടുത്ത റഷുബ സിംഗിൾ-ലെയർ ലൈറ്റ് സ്രോതസ്സിലെ ഒന്നിലധികം വാലി എക്‌സിറ്റോണുകളുടെ അടിസ്ഥാന യോജിച്ച സൂപ്പർപോസിഷൻ പരിഹരിക്കപ്പെടാതെ തുടരുന്നു. ഉയർന്ന Q ഫോട്ടോണുകളുടെ റഷുബ മോഡലിനെക്കുറിച്ച് ചിന്തിക്കാൻ ഈ പ്രശ്നം നമ്മെ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു. പുതിയ ഭൌതിക രീതികൾ നവീകരിച്ച ശേഷം, ഈ പേപ്പറിൽ വിവരിച്ചിരിക്കുന്ന റഷുബ സിംഗിൾ-ലെയർ ലേസർ ഞങ്ങൾ നടപ്പിലാക്കി.
ഈ നേട്ടം ക്ലാസിക്കൽ, ക്വാണ്ടം മേഖലകളിലെ യോജിച്ച സ്പിൻ കോറിലേഷൻ പ്രതിഭാസങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനത്തിന് വഴിയൊരുക്കുന്നു, കൂടാതെ സ്പിൻട്രോണിക്, ഫോട്ടോണിക് ഒപ്റ്റോ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ അടിസ്ഥാന ഗവേഷണത്തിനും ഉപയോഗത്തിനും ഒരു പുതിയ വഴി തുറക്കുന്നു.