ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचे एक नवीन जग

एक नवीन जगऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे

टेक्निऑन-इस्त्रायल इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी येथील संशोधकांनी सुसंगतपणे नियंत्रित स्पिन विकसित केला आहे.ऑप्टिकल लेझरएकाच अणूच्या थरावर आधारित. हा शोध एकाच अणूच्या थरामध्ये आणि क्षैतिजरित्या मर्यादित असलेल्या फोटॉनिक स्पिन लॅटिसमध्ये होणाऱ्या सुसंगत स्पिन-अवलंबित आंतरक्रियेमुळे शक्य झाला, जी कंटिन्युअममधील बद्ध अवस्थांच्या फोटॉनच्या रशाबा-प्रकारच्या स्पिन स्प्लिटिंगद्वारे उच्च-Q स्पिन व्हॅलीला आधार देते.
नेचर मटेरियल्समध्ये प्रकाशित झालेला आणि त्याच्या संशोधन अहवालात ठळकपणे मांडलेला हा निकाल, अभिजात आणिक्वांटम प्रणालीआणि ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये इलेक्ट्रॉन आणि फोटॉन स्पिनच्या मूलभूत संशोधनासाठी आणि उपयोगांसाठी नवीन मार्ग खुले करते. स्पिन ऑप्टिकल स्रोत फोटॉन मोडला इलेक्ट्रॉन संक्रमणासोबत जोडतो, ज्यामुळे इलेक्ट्रॉन आणि फोटॉनमधील स्पिन माहितीच्या देवाणघेवाणीचा अभ्यास करण्याची आणि प्रगत ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणे विकसित करण्याची एक पद्धत उपलब्ध होते.

इन्व्हर्जन असममिती (पिवळा कोर प्रदेश) आणि इन्व्हर्जन सममितता (निळा क्लॅडिंग प्रदेश) असलेल्या फोटोनिक स्पिन लॅटिसला इंटरफेस करून स्पिन व्हॅली ऑप्टिकल मायक्रोकेव्हिटीज तयार केल्या जातात.
हे स्रोत तयार करण्यासाठी, फोटॉन किंवा इलेक्ट्रॉन भागातील दोन विरुद्ध स्पिन अवस्थांमधील स्पिन अपभ्रंशता दूर करणे ही एक पूर्वअट आहे. हे सहसा फॅराडे किंवा झीमन प्रभावाखाली चुंबकीय क्षेत्र लागू करून साध्य केले जाते, तथापि या पद्धतींना सामान्यतः तीव्र चुंबकीय क्षेत्राची आवश्यकता असते आणि त्या सूक्ष्मस्रोत तयार करू शकत नाहीत. दुसरा एक आशादायक दृष्टिकोन भौमितिक कॅमेरा प्रणालीवर आधारित आहे, जी संवेग अवकाशात फोटॉनच्या स्पिन-विभाजित अवस्था निर्माण करण्यासाठी कृत्रिम चुंबकीय क्षेत्राचा वापर करते.
दुर्दैवाने, स्पिन स्प्लिट स्टेट्सची पूर्वीची निरीक्षणे मोठ्या प्रमाणावर कमी-वस्तुमान घटकाच्या प्रसार पद्धतींवर अवलंबून होती, ज्यामुळे स्रोतांच्या अवकाशीय आणि कालिक सुसंगततेवर प्रतिकूल बंधने येतात. या दृष्टिकोनाला ब्लॉकी लेझर-गेन मटेरियल्सच्या स्पिन-नियंत्रित स्वरूपामुळे देखील अडथळा येतो, ज्यांचा वापर सक्रियपणे नियंत्रण करण्यासाठी केला जाऊ शकत नाही किंवा सहजपणे केला जाऊ शकत नाही.प्रकाश स्रोतविशेषतः सामान्य तापमानाला चुंबकीय क्षेत्रांच्या अनुपस्थितीत.
उच्च-Q स्पिन-स्प्लिटिंग अवस्था प्राप्त करण्यासाठी, संशोधकांनी पार्श्वीय मर्यादित स्पिन व्हॅली निर्माण करण्याकरिता, व्युत्क्रम असममिती असलेला गाभा आणि WS2 च्या एका थरासह एकत्रित केलेले व्युत्क्रम सममित आवरण यांसारख्या विविध सममिती असलेले फोटोनिक स्पिन लॅटिस तयार केले. संशोधकांनी वापरलेल्या मूलभूत व्युत्क्रम असममित लॅटिसमध्ये दोन महत्त्वाचे गुणधर्म आहेत.
त्यांच्यापासून बनलेल्या विषम अनिसोट्रॉपिक नॅनोपोरसच्या भौमितिक फेज स्पेस बदलामुळे निर्माण होणारा नियंत्रणीय स्पिन-अवलंबित रेसिप्रोकल लॅटिस वेक्टर. हा वेक्टर स्पिन डिग्रेडेशन बँडला मोमेंटम स्पेसमध्ये दोन स्पिन-पोलराइज्ड शाखांमध्ये विभाजित करतो, ज्याला फोटोनिक रशबर्ग इफेक्ट म्हणून ओळखले जाते.
कंटिन्युअममधील उच्च Q सममित (क्वॉसी) बद्ध अवस्थांची एक जोडी, म्हणजेच स्पिन स्प्लिटिंग शाखांच्या काठावरील ±K(ब्रिलुइन बँड अँगल) फोटॉन स्पिन व्हॅली, समान अॅम्प्लिट्यूडचे सुसंगत सुपरपोझिशन तयार करतात.
प्राध्यापक कोरेन यांनी नमूद केले: “आम्ही WS2 मोनोलाइड्सचा गेन मटेरियल म्हणून वापर केला, कारण या डायरेक्ट बँड-गॅप ट्रान्झिशन मेटल डायसल्फाइडमध्ये एक अद्वितीय व्हॅली स्यूडो-स्पिन आहे आणि व्हॅली इलेक्ट्रॉन्समध्ये पर्यायी माहिती वाहक म्हणून याचा मोठ्या प्रमाणावर अभ्यास केला गेला आहे. विशेषतः, त्यांचे ±K 'व्हॅली एक्सायटॉन्स (जे प्लॅनर स्पिन-पोलराइज्ड डायपोल एमिटर्सच्या स्वरूपात विकिरण करतात) व्हॅली कंपॅरिझन सिलेक्शन नियमांनुसार स्पिन-पोलराइज्ड प्रकाशाद्वारे निवडकपणे उत्तेजित केले जाऊ शकतात, ज्यामुळे चुंबकीयदृष्ट्या मुक्त स्पिनवर सक्रियपणे नियंत्रण ठेवता येते.ऑप्टिकल स्रोत.
एका-स्तराच्या एकात्मिक स्पिन व्हॅली मायक्रोकेव्हिटीमध्ये, ध्रुवीकरण जुळवणीद्वारे ±K 'व्हॅली एक्सायटॉन्स हे ±K स्पिन व्हॅली अवस्थेशी जोडले जातात आणि तीव्र प्रकाश फीडबॅकद्वारे सामान्य तापमानावर स्पिन एक्सायटॉन लेझर साकारला जातो. त्याच वेळी,लेझरही यंत्रणा सुरुवातीला टप्प्यावर अवलंबून नसलेल्या ±K 'व्हॅली' एक्सायटॉन्सना प्रणालीची किमान हानी स्थिती शोधण्यासाठी आणि ±K स्पिन व्हॅलीच्या विरुद्ध भौमितिक टप्प्यावर आधारित लॉक-इन सहसंबंध पुन्हा स्थापित करण्यासाठी प्रवृत्त करते.
या लेझर यंत्रणेद्वारे चालविलेल्या व्हॅली सुसंगततेमुळे, अधूनमधून होणाऱ्या विखुरणाचे कमी तापमानात दमन करण्याची गरज नाहीशी होते. याव्यतिरिक्त, राश्बा मोनोलेअर लेझरच्या किमान हानी अवस्थेला रेषीय (वर्तुळाकार) पंप ध्रुवीकरणाद्वारे मॉड्युलेट केले जाऊ शकते, ज्यामुळे लेझरची तीव्रता आणि अवकाशीय सुसंगतता नियंत्रित करण्याचा एक मार्ग मिळतो.”
प्राध्यापक हॅसमन स्पष्ट करतात: “उघड झालेलेफोटोनिकस्पिन व्हॅली राशबा प्रभाव पृष्ठभागावरून उत्सर्जन करणारे स्पिन ऑप्टिकल स्रोत तयार करण्यासाठी एक सामान्य यंत्रणा प्रदान करतो. एका-स्तराच्या एकात्मिक स्पिन व्हॅली मायक्रोकेव्हिटीमध्ये प्रदर्शित झालेली व्हॅली सुसंगतता, आपल्याला क्विबिट्सद्वारे ±K 'व्हॅली एक्सायटॉन्स'मध्ये क्वांटम माहिती गुंतागुंत साध्य करण्याच्या एक पाऊल जवळ आणते.
आमची टीम बऱ्याच काळापासून, विद्युतचुंबकीय लहरींच्या वर्तनावर नियंत्रण ठेवण्यासाठी एक प्रभावी साधन म्हणून फोटॉन स्पिनचा वापर करून, स्पिन ऑप्टिक्स विकसित करत आहे. २०१८ मध्ये, द्विमितीय पदार्थांमधील व्हॅली स्यूडो-स्पिनमुळे कुतूहल वाटल्याने, आम्ही चुंबकीय क्षेत्रांच्या अनुपस्थितीत अणू-स्तरीय स्पिन ऑप्टिकल स्रोतांच्या सक्रिय नियंत्रणाचा अभ्यास करण्यासाठी एक दीर्घकालीन प्रकल्प सुरू केला. एकाच व्हॅली एक्सायटनपासून सुसंगत भौमितिक फेज मिळवण्याची समस्या सोडवण्यासाठी आम्ही नॉन-लोकल बेरी फेज डिफेक्ट मॉडेलचा वापर करतो.
तथापि, एक्सायटॉन्समध्ये एका मजबूत समकालिकता यंत्रणेच्या अभावामुळे, राशुबा एकल-स्तर प्रकाश स्रोतामध्ये साध्य झालेले अनेक व्हॅली एक्सायटॉन्सचे मूलभूत सुसंगत अध्यारोपण अनुत्तरित राहिले आहे. ही समस्या आम्हाला उच्च Q फोटॉन्सच्या राशुबा मॉडेलवर विचार करण्यास प्रवृत्त करते. नवीन भौतिक पद्धतींचा शोध लावल्यानंतर, आम्ही या शोधनिबंधात वर्णन केलेला राशुबा एकल-स्तर लेझर कार्यान्वित केला आहे.”
या यशामुळे शास्त्रीय आणि क्वांटम क्षेत्रांमधील सुसंगत स्पिन सहसंबंध घटनांच्या अभ्यासाचा मार्ग मोकळा होतो, तसेच स्पिनट्रॉनिक आणि फोटोनिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या मूलभूत संशोधनासाठी आणि वापरासाठी एक नवीन मार्ग खुला होतो.