광전자 기기의 새로운 세계

새로운 세계광전자 장치

이스라엘 테크니온 공과대학의 연구진이 일관되게 제어되는 스핀을 개발했습니다.광학 레이저단일 원자층을 기반으로 합니다. 이 발견은 단일 원자층과 수평으로 제한된 광자 스핀 격자 사이의 일관된 스핀 의존적 상호작용 덕분에 가능했으며, 이는 연속체 내 속박 상태의 광자에 대한 라샤바형 스핀 분할을 통해 높은 Q 값을 갖는 스핀 밸리를 지원합니다.
네이처 머티리얼즈(Nature Materials)에 발표되고 연구 요약에서 강조된 이번 결과는 고전 역학 및 전자 역학에서 일관된 스핀 관련 현상 연구의 길을 열어줍니다.양자 시스템이는 광전자 소자에서 전자와 광자 스핀의 기초 연구 및 응용 분야에 새로운 가능성을 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 반전 비대칭(노란색 코어 영역)과 반전 대칭(청록색 클래딩 영역)을 갖는 광자 스핀 격자를 접합하여 구성됩니다.
이러한 광원을 구축하기 위해서는 광자 또는 전자 부분에서 서로 반대되는 스핀 상태 사이의 스핀 퇴행성을 제거하는 것이 필수적입니다. 이는 일반적으로 패러데이 효과 또는 제만 효과에 따른 자기장 인가를 통해 달성되지만, 이러한 방법은 대개 강한 자기장을 필요로 하며 마이크로 광원을 생성할 수 없습니다. 또 다른 유망한 접근 방식은 운동량 공간에서 광자의 스핀 분리 상태를 생성하기 위해 인공 자기장을 사용하는 기하학적 카메라 시스템을 기반으로 합니다.
불행히도, 스핀 분리 상태에 대한 이전 관측은 질량 인자가 낮은 전파 모드에 크게 의존했는데, 이는 광원의 공간적 및 시간적 결맞음에 불리한 제약을 가합니다. 또한 이 접근 방식은 블록형 레이저 이득 물질의 스핀 제어 특성으로 인해 어려움을 겪는데, 이러한 물질은 능동적으로 스핀을 제어하는 ​​데 사용하거나 사용하기가 어렵기 때문입니다.광원특히 상온에서 자기장이 없는 경우 더욱 그렇습니다.
높은 Q 값을 갖는 스핀 분리 상태를 얻기 위해 연구진은 반전 비대칭 코어와 WS2 단일층과 통합된 반전 대칭 외피를 포함하여 다양한 대칭성을 가진 광자 스핀 격자를 구성하여 측면으로 제한된 스핀 밸리를 생성했습니다. 연구진이 사용한 기본 반전 비대칭 격자는 두 가지 중요한 특성을 가지고 있습니다.
이종 이방성 나노다공성 물질의 기하학적 위상 공간 변화에 의해 발생하는 제어 가능한 스핀 의존적 역격자 벡터. 이 벡터는 운동량 공간에서 스핀 감쇠 밴드를 두 개의 스핀 편극 분기로 분리하는데, 이를 광자 러쉬버그 효과라고 한다.
연속체 내의 높은 Q 대칭 (준)속박 상태 쌍, 즉 스핀 분할 분기 경계에 있는 ±K(브릴루앙 밴드 각도) 광자 스핀 밸리는 동일한 진폭의 코히런트 중첩을 형성합니다.
코렌 교수는 다음과 같이 언급했습니다. "우리는 WS2 모노라이드를 이득 물질로 사용했는데, 이는 이 직접 밴드갭 전이 금속 이황화물이 독특한 밸리 유사 스핀을 가지고 있으며 밸리 전자에서 대체 정보 전달체로 광범위하게 연구되어 왔기 때문입니다. 특히, 이들의 ±K' 밸리 엑시톤(평면 스핀 편극 쌍극자 방출체 형태로 방출됨)은 밸리 비교 선택 규칙에 따라 스핀 편극된 빛에 의해 선택적으로 여기될 수 있으므로 자기적으로 자유로운 스핀을 능동적으로 제어할 수 있습니다."광원.
단일층 통합 스핀 밸리 마이크로 공동에서 ±K '밸리 엑시톤은 편광 정합을 통해 ±K 스핀 밸리 상태와 결합되며, 강한 광 피드백을 통해 상온에서 스핀 엑시톤 레이저가 구현됩니다. 동시에,원자 램프이 메커니즘은 초기에는 위상에 독립적인 ±K '밸리 엑시톤이 시스템의 최소 손실 상태를 찾고 ±K 스핀 밸리와 반대되는 기하학적 위상을 기반으로 록인 상관관계를 재확립하도록 합니다.
이 레이저 메커니즘에 의해 유도되는 밸리 결맞음은 간헐적 산란에 대한 저온 억제의 필요성을 없애줍니다. 또한, 라쉬바 단층 레이저의 최소 손실 상태는 선형(원형) 펌프 편광에 의해 변조될 수 있어 레이저 강도와 공간적 결맞음을 제어할 수 있는 방법을 제공합니다.
하스만 교수는 다음과 같이 설명합니다. "드러난 것은..."광자스핀 밸리 라쉬바 효과는 표면 방출형 스핀 광원을 구성하는 일반적인 메커니즘을 제공합니다. 단일층으로 통합된 스핀 밸리 마이크로 공동에서 입증된 밸리 결맞음은 큐비트를 통해 ±K' 밸리 엑시톤 간의 양자 정보 얽힘을 달성하는 데 한 걸음 더 나아가게 해줍니다.
저희 연구팀은 오랫동안 광자 스핀을 전자기파의 거동 제어에 효과적인 도구로 활용하여 스핀 광학을 연구해 왔습니다. 2018년, 2차원 물질에서 나타나는 밸리 유사 스핀에 매료되어 자기장이 없는 환경에서 원자 규모의 스핀 광원을 능동적으로 제어하는 ​​장기 프로젝트를 시작했습니다. 본 연구에서는 비국소적 베리 위상 결함 모델을 이용하여 단일 밸리 엑시톤으로부터 일관된 기하학적 위상을 얻는 문제를 해결하고자 합니다.
그러나 엑시톤 간의 강력한 동기화 메커니즘이 부족하여, 라슈바 단층 광원에서 구현된 다중 밸리 엑시톤의 근본적인 코히런트 중첩 현상이 여전히 해결되지 않은 문제로 남아 있습니다. 이러한 문제는 높은 Q 값을 갖는 광자를 사용하는 라슈바 모델에 대한 연구에 영감을 주었습니다. 새로운 물리적 방법을 고안해낸 결과, 본 논문에서 기술하는 라슈바 단층 레이저를 구현할 수 있었습니다.
이번 성과는 고전 및 양자 분야에서 일관된 스핀 상관 현상 연구의 길을 열었으며, 스핀트로닉스 및 광자 광전자 장치의 기초 연구 및 활용에 새로운 지평을 열었습니다.