ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचे एक नवीन जग

एक नवीन जगऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे

टेक्नियन-इस्रायल इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीच्या संशोधकांनी एक सुसंगत नियंत्रित स्पिन विकसित केला आहेऑप्टिकल लेसरएका अणु थरावर आधारित. हा शोध एका अणु थर आणि क्षैतिजरित्या मर्यादित असलेल्या फोटोनिक स्पिन जाळीमधील सुसंगत स्पिन-अवलंबित परस्परसंवादामुळे शक्य झाला, जो सातत्यपूर्ण बंधित अवस्थांच्या फोटॉनच्या रशाबा-प्रकारच्या स्पिन विभाजनाद्वारे उच्च-क्यू स्पिन व्हॅलीला समर्थन देतो.
नेचर मटेरियल्समध्ये प्रकाशित झालेले आणि त्याच्या संशोधन संक्षिप्त स्वरूपात प्रकाशित झालेले हे निकाल, शास्त्रीय आणिक्वांटम सिस्टीम, आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये इलेक्ट्रॉन आणि फोटॉन स्पिनच्या मूलभूत संशोधन आणि अनुप्रयोगांसाठी नवीन मार्ग उघडते. स्पिन ऑप्टिकल स्रोत फोटॉन मोडला इलेक्ट्रॉन संक्रमणासह एकत्रित करतो, जो इलेक्ट्रॉन आणि फोटॉनमधील स्पिन माहिती देवाणघेवाणीचा अभ्यास करण्यासाठी आणि प्रगत ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे विकसित करण्यासाठी एक पद्धत प्रदान करतो.

स्पिन व्हॅली ऑप्टिकल मायक्रोकॅव्हिटीज इन्व्हर्शन असममिती (पिवळा कोर प्रदेश) आणि इन्व्हर्शन सममिती (सियान क्लॅडिंग प्रदेश) असलेल्या फोटोनिक स्पिन लॅटिसेसना इंटरफेस करून तयार केल्या जातात.
हे स्रोत तयार करण्यासाठी, फोटॉन किंवा इलेक्ट्रॉन भागात दोन विरुद्ध स्पिन अवस्थांमधील स्पिन डिजनरेसी दूर करणे ही एक पूर्वअट आहे. हे सहसा फॅराडे किंवा झीमन परिणामाखाली चुंबकीय क्षेत्र लागू करून साध्य केले जाते, जरी या पद्धतींना सहसा मजबूत चुंबकीय क्षेत्राची आवश्यकता असते आणि ते सूक्ष्म स्रोत निर्माण करू शकत नाहीत. आणखी एक आशादायक दृष्टिकोन भौमितिक कॅमेरा प्रणालीवर आधारित आहे जो संवेग जागेत फोटॉनच्या स्पिन-स्प्लिट अवस्था निर्माण करण्यासाठी कृत्रिम चुंबकीय क्षेत्र वापरतो.
दुर्दैवाने, स्पिन स्प्लिट अवस्थांचे मागील निरीक्षण कमी-वस्तुमान घटक प्रसार पद्धतींवर मोठ्या प्रमाणात अवलंबून होते, जे स्त्रोतांच्या अवकाशीय आणि तात्पुरत्या सुसंगततेवर प्रतिकूल मर्यादा घालतात. ब्लॉकी लेसर-गेन मटेरियलच्या स्पिन-नियंत्रित स्वरूपामुळे देखील हा दृष्टिकोन अडथळा ठरतो, ज्याचा वापर सक्रियपणे नियंत्रित करण्यासाठी सहजपणे केला जाऊ शकत नाही किंवा केला जाऊ शकत नाही.प्रकाश स्रोत, विशेषतः खोलीच्या तपमानावर चुंबकीय क्षेत्रांच्या अनुपस्थितीत.
उच्च-क्यू स्पिन-स्प्लिटिंग अवस्था साध्य करण्यासाठी, संशोधकांनी वेगवेगळ्या सममितींसह फोटोनिक स्पिन जाळी तयार केली, ज्यामध्ये इन्व्हर्शन असममितीसह एक कोर आणि WS2 सिंगल लेयरसह एकत्रित केलेला इन्व्हर्शन सममितीय लिफाफा समाविष्ट आहे, ज्यामुळे पार्श्विकरित्या मर्यादित स्पिन व्हॅली तयार होतात. संशोधकांनी वापरलेल्या मूलभूत इनव्हर्स असममिती जाळीमध्ये दोन महत्त्वाचे गुणधर्म आहेत.
त्यांच्यापासून बनलेल्या विषम अॅनिसोट्रॉपिक नॅनोपोरसच्या भौमितिक फेज स्पेस भिन्नतेमुळे होणारा नियंत्रित स्पिन-आश्रित परस्पर जाळीचा वेक्टर. हा वेक्टर स्पिन डिग्रेडेशन बँडला मोमेंटम स्पेसमध्ये दोन स्पिन-ध्रुवीकृत शाखांमध्ये विभाजित करतो, ज्याला फोटोनिक रशबर्ग इफेक्ट म्हणून ओळखले जाते.
स्पिन स्प्लिटिंग शाखांच्या काठावर असलेल्या ±K (ब्रिलूइन बँड अँगल) फोटॉन स्पिन व्हॅलीज नावाच्या अखंडतेमध्ये उच्च Q सममितीय (अर्ध) बद्ध अवस्थांची जोडी, समान आयामांची सुसंगत सुपरपोझिशन तयार करते.
प्राध्यापक कोरेन यांनी नमूद केले: "आम्ही WS2 मोनोलाइड्सचा वापर गेन मटेरियल म्हणून केला कारण या डायरेक्ट बँड-गॅप ट्रान्झिशन मेटल डायसल्फाइडमध्ये एक अद्वितीय व्हॅली स्यूडो-स्पिन आहे आणि व्हॅली इलेक्ट्रॉनमध्ये पर्यायी माहिती वाहक म्हणून त्याचा विस्तृत अभ्यास केला गेला आहे. विशेषतः, त्यांचे ±K 'व्हॅली एक्सिटॉन (जे प्लॅनर स्पिन-ध्रुवीकृत द्विध्रुवीय उत्सर्जकांच्या स्वरूपात उत्सर्जित होतात) व्हॅली तुलना निवड नियमांनुसार स्पिन-ध्रुवीकृत प्रकाशाद्वारे निवडकपणे उत्तेजित केले जाऊ शकतात, अशा प्रकारे चुंबकीयदृष्ट्या मुक्त स्पिन सक्रियपणे नियंत्रित करतात."ऑप्टिकल स्रोत.
एका सिंगल-लेयर इंटिग्रेटेड स्पिन व्हॅली मायक्रोकॅव्हिटीमध्ये, ±K 'व्हॅली एक्सिटॉन ध्रुवीकरण जुळणीद्वारे ±K स्पिन व्हॅली अवस्थेत जोडले जातात आणि खोलीच्या तापमानावर स्पिन एक्सिटॉन लेसर मजबूत प्रकाश अभिप्रायाद्वारे प्राप्त होतो. त्याच वेळी,लेसरयंत्रणा सुरुवातीला फेज-स्वतंत्र ±K 'व्हॅली एक्सिटॉनना सिस्टमची किमान नुकसान स्थिती शोधण्यासाठी आणि ±K स्पिन व्हॅलीच्या विरुद्ध असलेल्या भौमितिक टप्प्यावर आधारित लॉक-इन सहसंबंध पुन्हा स्थापित करण्यासाठी चालवते.
या लेसर यंत्रणेद्वारे चालविले जाणारे व्हॅली कोहेरन्स, अधूनमधून स्कॅटरिंगच्या कमी तापमानाच्या दडपशाहीची आवश्यकता दूर करते. याव्यतिरिक्त, रश्बा मोनोलेयर लेसरची किमान नुकसान स्थिती रेषीय (वर्तुळाकार) पंप ध्रुवीकरणाद्वारे नियंत्रित केली जाऊ शकते, जी लेसर तीव्रता आणि अवकाशीय सुसंगतता नियंत्रित करण्याचा मार्ग प्रदान करते.
प्राध्यापक हसमन स्पष्ट करतात: “प्रकट झालेलेप्रकाशकीयस्पिन व्हॅली रश्बा इफेक्ट पृष्ठभागावरून उत्सर्जित करणारे स्पिन ऑप्टिकल स्रोत तयार करण्यासाठी एक सामान्य यंत्रणा प्रदान करतो. सिंगल-लेयर इंटिग्रेटेड स्पिन व्हॅली मायक्रोकॅव्हिटीमध्ये दाखवलेले व्हॅली सुसंगतता आपल्याला क्यूबिट्सद्वारे ±K' व्हॅली एक्सिटॉन्समधील क्वांटम माहिती गुंतवणुकीच्या जवळ एक पाऊल पुढे आणते.
बर्‍याच काळापासून, आमचा संघ इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींच्या वर्तनावर नियंत्रण ठेवण्यासाठी फोटॉन स्पिनचा प्रभावी साधन म्हणून वापर करून स्पिन ऑप्टिक्स विकसित करत आहे. २०१८ मध्ये, द्विमितीय पदार्थांमधील व्हॅली स्यूडो-स्पिनने उत्सुक होऊन, आम्ही चुंबकीय क्षेत्रांच्या अनुपस्थितीत अणु-स्केल स्पिन ऑप्टिकल स्रोतांच्या सक्रिय नियंत्रणाची तपासणी करण्यासाठी दीर्घकालीन प्रकल्प सुरू केला. एका व्हॅली एक्सिटॉनमधून सुसंगत भौमितिक फेज मिळविण्याच्या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी आम्ही नॉन-लोकल बेरी फेज डिफेक्ट मॉडेल वापरतो.
तथापि, एक्सिटॉन्समध्ये मजबूत सिंक्रोनाइझेशन यंत्रणा नसल्यामुळे, रशुबा सिंगल-लेयर प्रकाश स्रोतामध्ये अनेक व्हॅली एक्सिटॉन्सचे मूलभूत सुसंगत सुपरपोझिशन जे साध्य झाले आहे ते अद्याप सोडवलेले नाही. ही समस्या आपल्याला उच्च क्यू फोटॉनच्या रशुबा मॉडेलबद्दल विचार करण्यास प्रेरित करते. नवीन भौतिक पद्धतींमध्ये नवीनता आणल्यानंतर, आम्ही या पेपरमध्ये वर्णन केलेले रशुबा सिंगल-लेयर लेसर लागू केले आहे.”
या कामगिरीमुळे शास्त्रीय आणि क्वांटम क्षेत्रातील सुसंगत स्पिन सहसंबंध घटनांचा अभ्यास करण्याचा मार्ग मोकळा होतो आणि स्पिंट्रॉनिक आणि फोटोनिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या मूलभूत संशोधन आणि वापरासाठी एक नवीन मार्ग उघडतो.