광전자소자의 새로운 세계

새로운 세상광전자 소자

Technion-Israel Institute of Technology의 연구원들은 일관되게 제어되는 스핀을 개발했습니다.광학 레이저단일 원자층에 기반합니다. 이 발견은 단일 원자층과 수평적으로 제한된 광자 스핀 격자 사이의 일관된 스핀 의존적 상호작용에 의해 가능했으며, 이는 연속체 내 속박 상태의 광자들이 라샤바(Rashaba)형 스핀 분리를 통해 고-Q 스핀 밸리(high-Q spin valley)를 형성하도록 지원합니다.
Nature Materials에 게재되고 연구 요약에서 강조된 결과는 고전 및양자 시스템, 그리고 광전자 소자에서 전자 및 광자 스핀의 기초 연구 및 응용 분야에 새로운 지평을 열어줍니다. 스핀 광원은 광자 모드와 전자 전이를 결합하여 전자와 광자 간의 스핀 정보 교환을 연구하고 첨단 광전자 소자를 개발하는 방법을 제공합니다.

스핀 밸리 광학 마이크로 공동은 광자 스핀 격자를 반전 비대칭(노란색 코어 영역)과 반전 대칭(청록색 클래딩 영역)과 인터페이싱하여 구성됩니다.
이러한 광원을 구축하기 위해서는 광자 또는 전자 부분에서 두 개의 반대 스핀 상태 사이의 스핀 축퇴를 제거하는 것이 필수적입니다. 이는 일반적으로 패러데이 효과 또는 제만 효과 하에서 자기장을 인가함으로써 달성되지만, 이러한 방법은 일반적으로 강한 자기장을 필요로 하며 마이크로 광원을 생성할 수 없습니다. 또 다른 유망한 접근법은 인공 자기장을 사용하여 운동량 공간에서 광자의 스핀-분할 상태를 생성하는 기하학적 카메라 시스템을 기반으로 합니다.
안타깝게도, 스핀 분리 상태에 대한 이전 관측은 저질량 인자 전파 모드에 크게 의존해 왔으며, 이는 광원의 공간적 및 시간적 결맞음에 부정적인 제약을 가합니다. 또한, 이러한 접근 방식은 블록형 레이저 이득 물질의 스핀 제어 특성으로 인해 어려움을 겪고 있으며, 이는 스핀 제어를 능동적으로 제어하는 ​​데 사용할 수 없거나 쉽게 사용할 수 없습니다.광원특히 실온에서 자기장이 없는 경우.
높은 Q의 스핀 분리 상태를 달성하기 위해, 연구진은 반전 비대칭성을 갖는 코어와 WS2 단일 층이 통합된 반전 대칭 포락선을 포함하여 서로 다른 대칭성을 갖는 광자 스핀 격자를 구성하여 측면으로 제한된 스핀 밸리를 생성했습니다. 연구진이 사용한 기본적인 역비대칭 격자는 두 가지 중요한 특성을 가지고 있습니다.
제어 가능한 스핀 의존 역격자 벡터는 이종 이방성 나노다공 ...
연속체 내의 높은 Q 대칭(준) 결합 상태의 쌍, 즉 스핀 분할 가지의 가장자리에 있는 ±K(브릴루앙 대역 각도) 광자 스핀 밸리는 동일한 진폭의 일관된 중첩을 형성합니다.
코렌 교수는 다음과 같이 언급했습니다. "WS2 모노라이드를 이득 물질로 사용한 이유는 이 직접 밴드갭 전이 금속 이황화물이 독특한 밸리 유사 스핀을 가지고 있으며, 밸리 전자의 대체 정보 운반체로서 광범위하게 연구되어 왔기 때문입니다. 구체적으로, ±K' 밸리 엑시톤(평면 스핀 편극 쌍극자 방출체 형태로 방출)은 밸리 비교 선택 규칙에 따라 스핀 편극광에 의해 선택적으로 여기될 수 있으며, 따라서 자기적으로 자유로운 스핀을 능동적으로 제어할 수 있습니다."광원.
단일층 집적 스핀 밸리 마이크로캐비티에서 ±K '밸리 엑시톤은 편광 정합을 통해 ±K 스핀 밸리 상태와 결합되며, 상온에서 스핀 엑시톤 레이저는 강한 광 피드백을 통해 구현됩니다. 동시에,원자 램프이 메커니즘은 초기에 위상에 독립적인 ±K '밸리 엑시톤을 구동하여 시스템의 최소 손실 상태를 찾고 ±K 스핀 밸리 반대쪽의 기하학적 위상을 기반으로 잠금 상관 관계를 재설정합니다.
이 레이저 메커니즘에 의해 구동되는 밸리 간섭성은 간헐적 산란을 저온에서 억제할 필요성을 제거합니다. 또한, 라쉬바 단층 레이저의 최소 손실 상태는 선형(원형) 펌프 편광으로 변조될 수 있으며, 이는 레이저 강도와 공간 간섭성을 제어하는 ​​방법을 제공합니다.
Hasman 교수는 다음과 같이 설명합니다.광자스핀 밸리 라쉬바 효과는 표면 방출 스핀 광원을 구성하는 일반적인 메커니즘을 제공합니다. 단일층 집적 스핀 밸리 마이크로캐비티에서 입증된 밸리 결맞음은 큐비트를 통해 ±K개의 밸리 엑시톤 간의 양자 정보 얽힘을 달성하는 데 한 걸음 더 다가가게 합니다.
오랫동안 저희 팀은 광자 스핀을 전자기파의 거동을 제어하는 ​​효과적인 도구로 활용하여 스핀 광학을 개발해 왔습니다. 2018년에는 2차원 물질의 밸리 유사 스핀(valley pseudo-spin)에 매료되어 자기장 없이 원자 스케일 스핀 광원을 능동적으로 제어하는 ​​장기 프로젝트를 시작했습니다. 저희는 비국소적 베리(Berry) 상 결함 모델을 사용하여 단일 밸리 엑시톤으로부터 결맞는 기하학적 위상을 얻는 문제를 해결합니다.
그러나 엑시톤 간의 강력한 동기화 메커니즘이 부족하여, 라슈바 단일층 광원에서 달성된 다중 밸리 엑시톤의 근본적인 결맞음 중첩은 여전히 ​​미해결 상태로 남아 있습니다. 이 문제는 고Q 광자에 대한 라슈바 모델을 고찰하게 하는 계기가 되었습니다. 새로운 물리적 방법을 혁신한 후, 본 논문에서 설명하는 라슈바 단일층 레이저를 구현했습니다.
이번 성과는 고전적 및 양자적 분야에서의 일관된 스핀 상관 현상 연구의 길을 열어 주었으며, 스핀트로닉스 및 광자 광전자 소자의 기초 연구와 활용에 새로운 길을 열어 주었습니다.