一种新型激光器面世,或为光电器件提供电子和光子自旋
“自旋光学光源结合了光子模式和电子跃迁,因此为研究电子和光子之间的自旋信息交换以及开发先进的光电设备提供了一种途径。”该研究的领导者Kexiu Rong说,“要构建这些源,先决条件是提高光子或电子部分中两个相反自旋态之间的自旋简并性。”
原子级光子学实验室负责人埃雷兹·哈斯曼教授表示,他的团队长期以来一直致力于利用光子自旋作为控制电磁波的工具。“2018年,我们被二维材料中的谷赝自旋所吸引,因此开始了一个长期项目,研究在没有磁场的情况下原子级自旋光学光源的主动控制。”
研究人员首先尝试使用非局域贝里相缺陷模式从单个谷激子中开发相干几何相位拾取。然而,由于激子之间缺乏强同步机制,他们无法解决已实现的拉什巴单层光源的多个谷激子的相干相加问题。
“这个问题启发我们对高Q光子拉什巴模式的思考。”哈斯曼说。“随着新物理方法的创新,我们实现了拉什巴单层激光器。”
第二个特性是一对高Q连续体中启用对称的准束缚态,即自旋分裂分支的带边缘处的± K光子自旋谷态。这两个状态一起形成振幅相等的相干叠加态。
“我们使用 WS 2单层作为增益材料,因为这种直接带隙过渡金属二掺杂族化物具有独特的谷赝自旋,它已作为谷电子学中的替代信息载体得到了广泛研究,”纳米电子材料与器件实验室负责人Elad Koren 教授说。“具体来说,它们的± K’谷激子作为面内自旋偏振偶极子发射器辐射,可根据谷对比选择规则被自旋偏振光选择性激发,从而能够在没有磁场的情况下主动控制自旋光学光源。”
由激光机制驱动的谷相干性无需低温来抑制区间散射。此外,拉什巴单层激光器的最小损耗状态可通过线性或圆形泵浦偏振来调节,以满足或打破最小损耗状态。这为控制激光强度和空间相干性提供了一种方法。
哈斯曼说:“所揭示的光子自旋谷拉什巴效应提供了构建表面发射自旋光学光源的通用机制。” “单层集成的自旋谷微腔中所展示的谷相干性,朝着通过量子位实现量子信息的±K’谷激子之间的纠缠迈出了一步。”
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