ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचे नवीन जग

चे एक नवीन जगऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे

टेक्निअन-इस्रायल इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीच्या संशोधकांनी सुसंगतपणे नियंत्रित फिरकी विकसित केली आहेऑप्टिकल लेसरएका अणु स्तरावर आधारित. हा शोध एकल अणू स्तर आणि क्षैतिजरित्या प्रतिबंधित फोटोनिक स्पिन जाळी यांच्यातील सुसंगत स्पिन-अवलंबित परस्परसंवादामुळे शक्य झाला आहे, जो सातत्यातील बद्ध अवस्थेच्या फोटॉनच्या रशाबा-प्रकार स्पिन विभाजनाद्वारे उच्च-क्यू स्पिन व्हॅलीला समर्थन देतो.
नेचर मटेरिअल्समध्ये प्रकाशित केलेला आणि त्याच्या संशोधनाच्या संक्षिप्तात ठळक केलेला निकाल शास्त्रीय आणि सुसंगत स्पिन-संबंधित घटनांच्या अभ्यासाचा मार्ग मोकळा करतो.क्वांटम प्रणाली, आणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये मूलभूत संशोधन आणि इलेक्ट्रॉन आणि फोटॉन स्पिनच्या अनुप्रयोगासाठी नवीन मार्ग उघडतात. स्पिन ऑप्टिकल स्त्रोत फोटॉन मोडला इलेक्ट्रॉन संक्रमणासह एकत्र करतो, जे इलेक्ट्रॉन आणि फोटॉन यांच्यातील स्पिन माहितीच्या देवाणघेवाणीचा अभ्यास करण्यासाठी आणि प्रगत ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे विकसित करण्यासाठी एक पद्धत प्रदान करते.

स्पिन व्हॅली ऑप्टिकल मायक्रोकॅव्हिटीज इनव्हर्शन असिमेट्री (पिवळा कोअर क्षेत्र) आणि इन्व्हर्जन सममिती (सायन क्लेडिंग क्षेत्र) सह फोटोनिक स्पिन जाळींना इंटरफेस करून तयार केले जातात.
हे स्त्रोत तयार करण्यासाठी, फोटॉन किंवा इलेक्ट्रॉन भागामध्ये दोन विरुद्ध स्पिन अवस्थांमधील स्पिन डीजेनेरेसी दूर करणे ही एक पूर्व शर्त आहे. हे सहसा फॅराडे किंवा झीमन इफेक्ट अंतर्गत चुंबकीय क्षेत्र लागू करून साध्य केले जाते, जरी या पद्धतींना सहसा मजबूत चुंबकीय क्षेत्र आवश्यक असते आणि ते मायक्रोसोर्स तयार करू शकत नाहीत. आणखी एक आश्वासक दृष्टीकोन भौमितिक कॅमेरा प्रणालीवर आधारित आहे जो कृत्रिम चुंबकीय क्षेत्राचा वापर करून मोमेंटम स्पेसमध्ये फोटॉनच्या स्पिन-स्प्लिट अवस्था निर्माण करतो.
दुर्दैवाने, स्पिन स्प्लिट अवस्थेची पूर्वीची निरीक्षणे कमी-वस्तुमान घटक प्रसार मोडवर मोठ्या प्रमाणावर अवलंबून आहेत, ज्यामुळे स्त्रोतांच्या अवकाशीय आणि तात्पुरत्या सुसंगततेवर प्रतिकूल बंधने येतात. ब्लॉकी लेसर-गेन मटेरिअलच्या स्पिन-नियंत्रित स्वरूपामुळे देखील या दृष्टिकोनाला बाधा येते, जी सक्रियपणे नियंत्रित करण्यासाठी वापरली जाऊ शकत नाही किंवा सहजपणे वापरली जाऊ शकत नाही.प्रकाश स्रोत, विशेषत: खोलीच्या तपमानावर चुंबकीय क्षेत्राच्या अनुपस्थितीत.
उच्च-क्यू स्पिन-स्प्लिटिंग अवस्था प्राप्त करण्यासाठी, संशोधकांनी वेगवेगळ्या सममितीसह फोटोनिक स्पिन जाळी तयार केल्या, ज्यामध्ये उलटा असममिती असलेला कोर आणि WS2 सिंगल लेयरसह समाकलित केलेला इन्व्हर्शन सिमेट्रिक लिफाफा समाविष्ट आहे, ज्यामुळे पार्श्वगामी अवरोधित स्पिन व्हॅली तयार होतात. संशोधकांनी वापरलेल्या मूळ व्यस्त असममित जाळीचे दोन महत्त्वाचे गुणधर्म आहेत.
त्यांच्यापासून बनलेल्या विषम ॲनिसोट्रॉपिक नॅनोपोरसच्या भौमितिक टप्प्यातील अंतराळ भिन्नतेमुळे होणारे नियंत्रण करण्यायोग्य स्पिन-आश्रित परस्पर जाली वेक्टर. हा वेक्टर स्पिन डिग्रेडेशन बँडला मोमेंटम स्पेसमध्ये दोन स्पिन-ध्रुवीकृत शाखांमध्ये विभाजित करतो, ज्याला फोटोनिक रशबर्ग प्रभाव म्हणतात.
उच्च Q सममितीय (अर्ध) बद्ध अवस्थेची जोडी, म्हणजे ±K(ब्रिलोइन बँड अँगल) स्पिन स्प्लिटिंग शाखांच्या काठावर असलेल्या फोटॉन स्पिन व्हॅली, समान मोठेपणाचे सुसंगत सुपरपोझिशन तयार करतात.
प्रोफेसर कोरेन यांनी नमूद केले: “आम्ही WS2 मोनोलाइड्सचा उपयोग लाभ सामग्री म्हणून केला कारण या डायरेक्ट बँड-गॅप ट्रान्झिशन मेटल डायसल्फाइडमध्ये एक अद्वितीय व्हॅली स्यूडो-स्पिन आहे आणि व्हॅली इलेक्ट्रॉन्समध्ये पर्यायी माहिती वाहक म्हणून विस्तृतपणे अभ्यास केला गेला आहे. विशेषत:, त्यांचे ±K' व्हॅली एक्सिटॉन्स (जे प्लॅनर स्पिन-पोलराइज्ड द्विध्रुव उत्सर्जकांच्या रूपात विकिरण करतात) व्हॅली तुलना निवड नियमांनुसार स्पिन-पोलराइज्ड प्रकाशाद्वारे निवडकपणे उत्तेजित केले जाऊ शकतात, अशा प्रकारे चुंबकीय मुक्त स्पिन सक्रियपणे नियंत्रित करतात.ऑप्टिकल स्रोत.
सिंगल-लेयर इंटिग्रेटेड स्पिन व्हॅली मायक्रोकॅव्हिटीमध्ये, ±K व्हॅली एक्सिटॉन्स ±K स्पिन व्हॅली स्टेटमध्ये ध्रुवीकरण जुळणीद्वारे जोडले जातात आणि खोलीच्या तपमानावर स्पिन एक्सिटॉन लेसर मजबूत प्रकाश अभिप्रायाद्वारे लक्षात येते. त्याच वेळी, दलेसरप्रणालीची किमान तोटा स्थिती शोधण्यासाठी आणि ±K स्पिन व्हॅलीच्या विरुद्ध असलेल्या भौमितिक टप्प्यावर आधारित लॉक-इन सहसंबंध पुन्हा स्थापित करण्यासाठी यंत्रणा सुरुवातीच्या चरण-स्वतंत्र ±K' व्हॅली एक्सिटॉन्स चालवते.
या लेसर यंत्रणेद्वारे चालविलेली व्हॅली सुसंगतता मधूनमधून विखुरलेल्या कमी तापमानाला दाबण्याची गरज दूर करते. याव्यतिरिक्त, रॅशबा मोनोलेयर लेसरची किमान तोटा स्थिती रेखीय (परिपत्रक) पंप ध्रुवीकरणाद्वारे सुधारली जाऊ शकते, जी लेसर तीव्रता आणि अवकाशीय सुसंगतता नियंत्रित करण्याचा मार्ग प्रदान करते.
प्रोफेसर हसमन स्पष्ट करतात: “प्रकट झालेफोटोनिकस्पिन व्हॅली रॅशबा इफेक्ट पृष्ठभाग-उत्सर्जक स्पिन ऑप्टिकल स्रोत तयार करण्यासाठी एक सामान्य यंत्रणा प्रदान करते. सिंगल-लेयर इंटिग्रेटेड स्पिन व्हॅली मायक्रोकॅव्हिटीमध्ये दाखवलेली व्हॅली सुसंगतता आपल्याला क्यूबिट्सद्वारे ±K' व्हॅली एक्सिटॉन्समधील क्वांटम माहिती अडकण्याच्या एक पाऊल जवळ आणते.
बऱ्याच काळापासून, आमची टीम स्पिन ऑप्टिक्स विकसित करत आहे, फोटॉन स्पिनचा वापर इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींचे वर्तन नियंत्रित करण्यासाठी एक प्रभावी साधन म्हणून वापरत आहे. 2018 मध्ये, द्वि-आयामी सामग्रीमधील व्हॅली स्यूडो-स्पिनमुळे उत्सुकतेने, आम्ही चुंबकीय क्षेत्रांच्या अनुपस्थितीत अणु-स्केल स्पिन ऑप्टिकल स्त्रोतांच्या सक्रिय नियंत्रणाची तपासणी करण्यासाठी दीर्घकालीन प्रकल्प सुरू केला. सिंगल व्हॅली एक्सिटॉनमधून सुसंगत भौमितिक टप्पा मिळवण्याच्या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी आम्ही गैर-स्थानिक बेरी फेज दोष मॉडेल वापरतो.
तथापि, एक्झिटॉन्समधील मजबूत सिंक्रोनाइझेशन यंत्रणेच्या अभावामुळे, रशुबा सिंगल-लेयर प्रकाश स्रोतातील एकाधिक व्हॅली एक्सिटॉन्सचे मूलभूत सुसंगत सुपरपोझिशन अद्याप निराकरण झाले नाही. ही समस्या आपल्याला उच्च क्यू फोटॉनच्या राशुबा मॉडेलबद्दल विचार करण्यास प्रेरित करते. नवीन भौतिक पद्धती शोधून काढल्यानंतर, आम्ही या पेपरमध्ये वर्णन केलेले राशुबा सिंगल-लेयर लेसर लागू केले आहे.”
या यशामुळे शास्त्रीय आणि क्वांटम क्षेत्रातील सुसंगत स्पिन सहसंबंधाच्या घटनांचा अभ्यास करण्याचा मार्ग मोकळा होतो आणि स्पिंट्रॉनिक आणि फोटोनिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या मूलभूत संशोधन आणि वापरासाठी एक नवीन मार्ग खुला होतो.