ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల కొత్త ప్రపంచం

ఒక కొత్త ప్రపంచంఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు

టెక్నియన్-ఇజ్రాయెల్ ఇన్‌స్టిట్యూట్ ఆఫ్ టెక్నాలజీలోని పరిశోధకులు సుసంగతంగా నియంత్రించబడిన స్పిన్‌ను అభివృద్ధి చేశారుఆప్టికల్ లేజర్ఒకే పరమాణు పొర ఆధారంగా. ఒకే పరమాణు పొర మరియు క్షితిజ సమాంతరంగా పరిమితం చేయబడిన ఫోటోనిక్ స్పిన్ లాటిస్ మధ్య ఉన్న సుసంగత స్పిన్-ఆధారిత పరస్పర చర్య ద్వారా ఈ ఆవిష్కరణ సాధ్యమైంది, ఇది కంటిన్యూమ్‌లోని బౌండ్ స్టేట్స్ యొక్క ఫోటాన్‌ల రషబా-రకం స్పిన్ విభజన ద్వారా అధిక-Q స్పిన్ వ్యాలీకి మద్దతు ఇస్తుంది.
నేచర్ మెటీరియల్స్‌లో ప్రచురించబడి, దాని పరిశోధన బ్రీఫ్‌లో ప్రముఖంగా ప్రస్తావించబడిన ఈ ఫలితం, సాంప్రదాయ మరియు భౌతిక శాస్త్రాలలో సుసంగత స్పిన్-సంబంధిత దృగ్విషయాల అధ్యయనానికి మార్గం సుగమం చేస్తుంది.క్వాంటం వ్యవస్థలుమరియు, ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో ఎలక్ట్రాన్ మరియు ఫోటాన్ స్పిన్ యొక్క ప్రాథమిక పరిశోధన మరియు అనువర్తనాలకు కొత్త మార్గాలను తెరుస్తుంది. స్పిన్ ఆప్టికల్ సోర్స్, ఫోటాన్ మోడ్‌ను ఎలక్ట్రాన్ ట్రాన్సిషన్‌తో మిళితం చేస్తుంది, ఇది ఎలక్ట్రాన్లు మరియు ఫోటాన్ల మధ్య స్పిన్ సమాచార మార్పిడిని అధ్యయనం చేయడానికి మరియు అధునాతన ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలను అభివృద్ధి చేయడానికి ఒక పద్ధతిని అందిస్తుంది.

విలోమ అసమానత (పసుపు కోర్ ప్రాంతం) మరియు విలోమ సమరూపత (సియాన్ క్లాడింగ్ ప్రాంతం) కలిగిన ఫోటోనిక్ స్పిన్ లాటిస్‌లను అనుసంధానించడం ద్వారా స్పిన్ వ్యాలీ ఆప్టికల్ మైక్రోకావిటీలు నిర్మించబడతాయి.
ఈ మూలాలను నిర్మించడానికి, ఫోటాన్ లేదా ఎలక్ట్రాన్ భాగంలోని రెండు వ్యతిరేక స్పిన్ స్థితుల మధ్య ఉండే స్పిన్ డిజెనరసీని తొలగించడం ఒక ముందస్తు అవసరం. ఫారడే లేదా జీమాన్ ప్రభావం కింద అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ప్రయోగించడం ద్వారా ఇది సాధారణంగా సాధించబడుతుంది, అయినప్పటికీ ఈ పద్ధతులకు సాధారణంగా బలమైన అయస్కాంత క్షేత్రం అవసరం మరియు ఇవి మైక్రోసోర్స్‌ను ఉత్పత్తి చేయలేవు. మరొక ఆశాజనకమైన విధానం, మొమెంటం స్పేస్‌లో ఫోటాన్‌ల స్పిన్-స్ప్లిట్ స్థితులను ఉత్పత్తి చేయడానికి కృత్రిమ అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ఉపయోగించే ఒక జ్యామితీయ కెమెరా వ్యవస్థపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
దురదృష్టవశాత్తు, స్పిన్ స్ప్లిట్ స్థితుల యొక్క మునుపటి పరిశీలనలు తక్కువ ద్రవ్యరాశి కారకం ప్రచార రీతులపై ఎక్కువగా ఆధారపడ్డాయి, ఇవి మూలాల యొక్క ప్రాదేశిక మరియు తాత్కాలిక పొందికపై ప్రతికూల పరిమితులను విధిస్తాయి. ఈ విధానానికి బ్లాకీ లేజర్-గెయిన్ పదార్థాల యొక్క స్పిన్-నియంత్రిత స్వభావం కూడా ఆటంకం కలిగిస్తుంది, వీటిని క్రియాశీలకంగా నియంత్రించడానికి ఉపయోగించలేము లేదా సులభంగా ఉపయోగించలేము.కాంతి వనరులుముఖ్యంగా గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద అయస్కాంత క్షేత్రాలు లేనప్పుడు.
అధిక-Q స్పిన్-స్ప్లిటింగ్ స్థితులను సాధించడానికి, పరిశోధకులు పార్శ్వంగా పరిమితం చేయబడిన స్పిన్ వ్యాలీలను ఉత్పత్తి చేయడానికి, విలోమ అసమానత కలిగిన కోర్ మరియు WS2 సింగిల్ లేయర్‌తో అనుసంధానించబడిన విలోమ సౌష్టవ ఎన్వలప్‌తో సహా విభిన్న సౌష్టవాలతో ఫోటోనిక్ స్పిన్ లాటిస్‌లను నిర్మించారు. పరిశోధకులు ఉపయోగించిన ప్రాథమిక విలోమ అసమాన లాటిస్‌కు రెండు ముఖ్యమైన లక్షణాలు ఉన్నాయి.
వాటితో కూడిన విజాతీయ అనైసోట్రోపిక్ నానోపోరస్ యొక్క జ్యామితీయ దశ అంతరాళ వైవిధ్యం వలన ఏర్పడే నియంత్రించదగిన స్పిన్-ఆధారిత రెసిప్రోకల్ లాటిస్ వెక్టర్. ఈ వెక్టర్, మొమెంటం స్పేస్‌లో స్పిన్ క్షీణత బ్యాండ్‌ను రెండు స్పిన్-పోలరైజ్డ్ శాఖలుగా విభజిస్తుంది, దీనిని ఫోటోనిక్ రష్‌బర్గ్ ప్రభావం అని పిలుస్తారు.
కంటిన్యూమ్‌లోని ఒక జత అధిక Q సౌష్టవ (క్వాసీ) బౌండ్ స్టేట్స్, అనగా స్పిన్ స్ప్లిటింగ్ బ్రాంచ్‌ల అంచున ఉన్న ±K(బ్రిల్లూయిన్ బ్యాండ్ యాంగిల్) ఫోటాన్ స్పిన్ వ్యాలీలు, సమాన వ్యాప్తి గల ఒక సంసక్త సూపర్‌పొజిషన్‌ను ఏర్పరుస్తాయి.
ప్రొఫెసర్ కోరెన్ ఇలా పేర్కొన్నారు: “మేము WS2 మోనోలైడ్‌లను గెయిన్ మెటీరియల్‌గా ఉపయోగించాము, ఎందుకంటే ఈ డైరెక్ట్ బ్యాండ్-గ్యాప్ ట్రాన్సిషన్ మెటల్ డైసల్ఫైడ్ ఒక ప్రత్యేకమైన వ్యాలీ సూడో-స్పిన్‌ను కలిగి ఉంది మరియు వ్యాలీ ఎలక్ట్రాన్‌లలో ప్రత్యామ్నాయ సమాచార వాహకంగా విస్తృతంగా అధ్యయనం చేయబడింది. ప్రత్యేకంగా, వాటి ±K' వ్యాలీ ఎక్సైటాన్‌లు (ఇవి ప్లానార్ స్పిన్-పోలరైజ్డ్ డైపోల్ ఎమిటర్ల రూపంలో వికిరణం చేస్తాయి) వ్యాలీ పోలిక ఎంపిక నియమాల ప్రకారం స్పిన్-పోలరైజ్డ్ కాంతి ద్వారా ఎంపికగా ఉత్తేజితం చేయబడతాయి, తద్వారా అయస్కాంతంగా స్వేచ్ఛగా ఉండే స్పిన్‌ను చురుకుగా నియంత్రించవచ్చు.”ఆప్టికల్ సోర్స్.
ఒకే పొర ఇంటిగ్రేటెడ్ స్పిన్ వ్యాలీ మైక్రోకావిటీలో, ±K 'వ్యాలీ ఎక్సైటాన్‌లు పోలరైజేషన్ మ్యాచింగ్ ద్వారా ±K స్పిన్ వ్యాలీ స్టేట్‌కు జతచేయబడతాయి, మరియు బలమైన కాంతి ఫీడ్‌బ్యాక్ ద్వారా గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద స్పిన్ ఎక్సైటాన్ లేజర్ గ్రహించబడుతుంది. అదే సమయంలో,లేజర్ఈ యంత్రాంగం, ప్రారంభంలో దశ-స్వతంత్రంగా ఉండే ±K 'వ్యాలీ ఎక్సైటాన్‌లను వ్యవస్థ యొక్క కనిష్ట నష్ట స్థితిని కనుగొనేలా నడిపిస్తుంది మరియు ±K స్పిన్ వ్యాలీకి వ్యతిరేకమైన జ్యామితీయ దశ ఆధారంగా లాక్-ఇన్ సహసంబంధాన్ని తిరిగి స్థాపిస్తుంది.
ఈ లేజర్ యంత్రాంగం ద్వారా నడిచే వ్యాలీ కోహెరెన్స్, అడపాదడపా జరిగే స్కాటరింగ్‌ను తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద అణచివేయవలసిన అవసరాన్ని తొలగిస్తుంది. దీనికి అదనంగా, రాష్బా మోనోలేయర్ లేజర్ యొక్క కనిష్ట నష్ట స్థితిని లీనియర్ (వృత్తాకార) పంప్ పోలరైజేషన్ ద్వారా మాడ్యులేట్ చేయవచ్చు, ఇది లేజర్ తీవ్రతను మరియు స్పేషియల్ కోహెరెన్స్‌ను నియంత్రించడానికి ఒక మార్గాన్ని అందిస్తుంది.”
ప్రొఫెసర్ హస్మాన్ వివరిస్తున్నారు: “బహిర్గతమైనదిఫోటోనిక్స్పిన్ వ్యాలీ రాష్బా ప్రభావం, ఉపరితలం నుండి వెలువడే స్పిన్ ఆప్టికల్ మూలాలను నిర్మించడానికి ఒక సాధారణ యంత్రాంగాన్ని అందిస్తుంది. ఒకే పొరతో కూడిన సమీకృత స్పిన్ వ్యాలీ మైక్రోకావిటీలో ప్రదర్శించబడిన వ్యాలీ సంబద్ధత, క్యూబిట్‌ల ద్వారా ±K' వ్యాలీ ఎక్సైటాన్‌ల మధ్య క్వాంటం సమాచార చిక్కును సాధించడానికి మనల్ని ఒక అడుగు దగ్గర చేస్తుంది.
చాలా కాలంగా, మా బృందం విద్యుదయస్కాంత తరంగాల ప్రవర్తనను నియంత్రించడానికి ఫోటాన్ స్పిన్‌ను ఒక సమర్థవంతమైన సాధనంగా ఉపయోగించి, స్పిన్ ఆప్టిక్స్‌ను అభివృద్ధి చేస్తోంది. 2018లో, ద్విమితీయ పదార్థాలలోని వ్యాలీ సూడో-స్పిన్ పట్ల ఆసక్తితో, అయస్కాంత క్షేత్రాలు లేనప్పుడు పరమాణు-స్థాయి స్పిన్ ఆప్టికల్ మూలాల క్రియాశీల నియంత్రణను పరిశోధించడానికి మేము ఒక దీర్ఘకాలిక ప్రాజెక్ట్‌ను ప్రారంభించాము. ఒకే వ్యాలీ ఎక్సైటాన్ నుండి సుసంగత జ్యామితీయ దశను పొందే సమస్యను పరిష్కరించడానికి మేము నాన్-లోకల్ బెర్రీ ఫేజ్ డిఫెక్ట్ మోడల్‌ను ఉపయోగిస్తాము.
అయితే, ఎక్సైటాన్‌ల మధ్య బలమైన సమకాలీకరణ యంత్రాంగం లేకపోవడం వల్ల, సాధించబడిన రషుబా సింగిల్-లేయర్ కాంతి మూలంలోని బహుళ వ్యాలీ ఎక్సైటాన్‌ల ప్రాథమిక సుసంగత అధిరోపణ సమస్య పరిష్కారం కాకుండానే మిగిలిపోయింది. ఈ సమస్య, అధిక Q ఫోటాన్‌ల యొక్క రషుబా నమూనా గురించి ఆలోచించడానికి మమ్మల్ని ప్రేరేపించింది. కొత్త భౌతిక పద్ధతులను ఆవిష్కరించిన తర్వాత, ఈ పత్రంలో వివరించిన రషుబా సింగిల్-లేయర్ లేజర్‌ను మేము అమలు చేశాము.
ఈ విజయం సాంప్రదాయిక మరియు క్వాంటం రంగాలలో సుసంగత స్పిన్ సహసంబంధ దృగ్విషయాల అధ్యయనానికి మార్గం సుగమం చేస్తుంది, మరియు స్పింట్రానిక్ మరియు ఫోటోనిక్ ఆప్టోఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల ప్రాథమిక పరిశోధన మరియు వినియోగానికి ఒక కొత్త మార్గాన్ని తెరుస్తుంది.