ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોની એક નવી દુનિયા

એક નવી દુનિયાઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો

ટેકનિઅન-ઇઝરાયલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ ટેકનોલોજીના સંશોધકોએ એક સુસંગત નિયંત્રિત સ્પિન વિકસાવ્યું છેઓપ્ટિકલ લેસરએક જ અણુ સ્તર પર આધારિત. આ શોધ એક જ અણુ સ્તર અને આડી રીતે બંધાયેલા ફોટોનિક સ્પિન જાળી વચ્ચે સુસંગત સ્પિન-આધારિત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા શક્ય બની હતી, જે સાતત્યમાં બંધાયેલા અવસ્થાઓના ફોટોનના રાશાબા-પ્રકારના સ્પિન વિભાજન દ્વારા ઉચ્ચ-Q સ્પિન ખીણને ટેકો આપે છે.
નેચર મટિરિયલ્સમાં પ્રકાશિત અને તેના સંશોધન સંક્ષિપ્તમાં પ્રકાશિત થયેલ પરિણામ, શાસ્ત્રીય અનેક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સ, અને ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં ઇલેક્ટ્રોન અને ફોટોન સ્પિનના મૂળભૂત સંશોધન અને એપ્લિકેશનો માટે નવા માર્ગો ખોલે છે. સ્પિન ઓપ્ટિકલ સ્ત્રોત ફોટોન મોડને ઇલેક્ટ્રોન સંક્રમણ સાથે જોડે છે, જે ઇલેક્ટ્રોન અને ફોટોન વચ્ચે સ્પિન માહિતી વિનિમયનો અભ્યાસ કરવા અને અદ્યતન ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો વિકસાવવા માટે એક પદ્ધતિ પ્રદાન કરે છે.

સ્પિન વેલી ઓપ્ટિકલ માઇક્રોકેવિટીઝ ફોટોનિક સ્પિન જાળીને ઇન્વર્ઝન અસમપ્રમાણતા (પીળો કોર પ્રદેશ) અને ઇન્વર્ઝન સમપ્રમાણતા (સ્યાન ક્લેડીંગ પ્રદેશ) સાથે ઇન્ટરફેસ કરીને બનાવવામાં આવે છે.
આ સ્ત્રોતો બનાવવા માટે, એક પૂર્વશરત એ છે કે ફોટોન અથવા ઇલેક્ટ્રોન ભાગમાં બે વિરોધી સ્પિન અવસ્થાઓ વચ્ચે સ્પિન અધોગતિને દૂર કરવી. આ સામાન્ય રીતે ફેરાડે અથવા ઝીમન અસર હેઠળ ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે, જોકે આ પદ્ધતિઓમાં સામાન્ય રીતે મજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્રની જરૂર પડે છે અને તે સૂક્ષ્મ સ્ત્રોત ઉત્પન્ન કરી શકતું નથી. બીજો આશાસ્પદ અભિગમ ભૌમિતિક કેમેરા સિસ્ટમ પર આધારિત છે જે ગતિ અવકાશમાં ફોટોનની સ્પિન-સ્પ્લિટ અવસ્થાઓ ઉત્પન્ન કરવા માટે કૃત્રિમ ચુંબકીય ક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરે છે.
કમનસીબે, સ્પિન સ્પ્લિટ સ્ટેટ્સના અગાઉના અવલોકનો લો-માસ ફેક્ટર પ્રસાર મોડ્સ પર ખૂબ આધાર રાખતા હતા, જે સ્ત્રોતોના અવકાશી અને સમયાંતરે સુસંગતતા પર પ્રતિકૂળ અવરોધો લાદે છે. બ્લોકી લેસર-ગેઇન મટિરિયલ્સની સ્પિન-નિયંત્રિત પ્રકૃતિ દ્વારા પણ આ અભિગમ અવરોધાય છે, જેનો ઉપયોગ સક્રિય રીતે નિયંત્રિત કરવા માટે સરળતાથી થઈ શકતો નથી અથવા થઈ શકતો નથી.પ્રકાશ સ્ત્રોતો, ખાસ કરીને ઓરડાના તાપમાને ચુંબકીય ક્ષેત્રોની ગેરહાજરીમાં.
ઉચ્ચ-Q સ્પિન-વિભાજન સ્થિતિઓ પ્રાપ્ત કરવા માટે, સંશોધકોએ વિવિધ સમપ્રમાણતાઓ સાથે ફોટોનિક સ્પિન જાળીઓનું નિર્માણ કર્યું, જેમાં ઇન્વર્ઝન અસમપ્રમાણતા સાથેનો કોર અને WS2 સિંગલ લેયર સાથે સંકલિત ઇન્વર્ઝન સપ્રમાણ પરબિડીયુંનો સમાવેશ થાય છે, જેથી લેટરલલી કન્સ્ટ્રિન્ડ સ્પિન વેલીઓ ઉત્પન્ન થાય. સંશોધકો દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતી મૂળભૂત ઇન્વર્સ અસમપ્રમાણ જાળીમાં બે મહત્વપૂર્ણ ગુણધર્મો છે.
તેમનાથી બનેલા વિજાતીય એનિસોટ્રોપિક નેનોપોરસના ભૌમિતિક તબક્કા અવકાશ ભિન્નતાને કારણે નિયંત્રિત સ્પિન-આધારિત પારસ્પરિક જાળી વેક્ટર. આ વેક્ટર સ્પિન ડિગ્રેડેશન બેન્ડને મોમેન્ટમ સ્પેસમાં બે સ્પિન-ધ્રુવીકૃત શાખાઓમાં વિભાજીત કરે છે, જેને ફોટોનિક રશબર્ગ અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
સ્પિન સ્પ્લિટિંગ શાખાઓની ધાર પર ±K (બ્રિલોઈન બેન્ડ એંગલ) ફોટોન સ્પિન વેલીઝ નામના સાતત્યમાં ઉચ્ચ Q સપ્રમાણ (અર્ધ) બંધાયેલ અવસ્થાઓની જોડી, સમાન કંપનવિસ્તારોનું સુસંગત સુપરપોઝિશન બનાવે છે.
પ્રોફેસર કોરેને નોંધ્યું: "અમે WS2 મોનોલાઇડ્સનો ઉપયોગ ગેઇન મટિરિયલ તરીકે કર્યો કારણ કે આ ડાયરેક્ટ બેન્ડ-ગેપ ટ્રાન્ઝિશન મેટલ ડાયસલ્ફાઇડમાં એક અનન્ય વેલી સ્યુડો-સ્પિન છે અને વેલી ઇલેક્ટ્રોનમાં વૈકલ્પિક માહિતી વાહક તરીકે તેનો વ્યાપક અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. ખાસ કરીને, તેમના ±K 'વેલી એક્સિટોન્સ (જે પ્લેનર સ્પિન-પોલરાઇઝ્ડ ડાયપોલ એમિટર્સના સ્વરૂપમાં રેડિયેટ થાય છે) વેલી સરખામણી પસંદગીના નિયમો અનુસાર સ્પિન-પોલરાઇઝ્ડ પ્રકાશ દ્વારા પસંદગીયુક્ત રીતે ઉત્તેજિત થઈ શકે છે, આમ ચુંબકીય રીતે મુક્ત સ્પિનને સક્રિય રીતે નિયંત્રિત કરી શકાય છે."ઓપ્ટિકલ સ્ત્રોત.
સિંગલ-લેયર ઇન્ટિગ્રેટેડ સ્પિન વેલી માઇક્રોકેવિટીમાં, ±K 'ખીણ એક્સિટોન્સને ધ્રુવીકરણ મેચિંગ દ્વારા ±K સ્પિન વેલી સ્ટેટ સાથે જોડવામાં આવે છે, અને ઓરડાના તાપમાને સ્પિન એક્સિટોન લેસર મજબૂત પ્રકાશ પ્રતિસાદ દ્વારા અનુભવાય છે. તે જ સમયે,લેસરમિકેનિઝમ સિસ્ટમની ન્યૂનતમ નુકશાન સ્થિતિ શોધવા અને ±K સ્પિન વેલીની વિરુદ્ધ ભૌમિતિક તબક્કાના આધારે લોક-ઇન સહસંબંધને ફરીથી સ્થાપિત કરવા માટે શરૂઆતમાં તબક્કા-સ્વતંત્ર ±K 'ખીણ એક્સિટોન્સને ચલાવે છે.
આ લેસર મિકેનિઝમ દ્વારા સંચાલિત વેલી કોહેરન્સ, તૂટક તૂટક સ્કેટરિંગના નીચા તાપમાનના દમનની જરૂરિયાતને દૂર કરે છે. વધુમાં, રશ્બા મોનોલેયર લેસરની ન્યૂનતમ નુકશાન સ્થિતિને રેખીય (ગોળાકાર) પંપ ધ્રુવીકરણ દ્વારા મોડ્યુલેટ કરી શકાય છે, જે લેસરની તીવ્રતા અને અવકાશી સુસંગતતાને નિયંત્રિત કરવાનો માર્ગ પૂરો પાડે છે."
પ્રોફેસર હાસમેન સમજાવે છે: “પ્રગટ થયેલફોટોનિકસ્પિન વેલી રશ્બા અસર સપાટી-ઉત્સર્જન કરતા સ્પિન ઓપ્ટિકલ સ્ત્રોતોના નિર્માણ માટે એક સામાન્ય પદ્ધતિ પૂરી પાડે છે. સિંગલ-લેયર ઇન્ટિગ્રેટેડ સ્પિન વેલી માઇક્રોકેવિટીમાં દર્શાવવામાં આવેલ ખીણ સુસંગતતા આપણને ક્યુબિટ્સ દ્વારા ±K 'ખીણ એક્સિટોન્સ વચ્ચે ક્વોન્ટમ માહિતી ગૂંચવણ પ્રાપ્ત કરવા માટે એક પગલું નજીક લાવે છે.
લાંબા સમયથી, અમારી ટીમ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના વર્તનને નિયંત્રિત કરવા માટે ફોટોન સ્પિનનો અસરકારક સાધન તરીકે ઉપયોગ કરીને સ્પિન ઓપ્ટિક્સ વિકસાવી રહી છે. 2018 માં, દ્વિ-પરિમાણીય સામગ્રીમાં વેલી સ્યુડો-સ્પિનથી આકર્ષિત થઈને, અમે ચુંબકીય ક્ષેત્રોની ગેરહાજરીમાં અણુ-સ્કેલ સ્પિન ઓપ્ટિકલ સ્ત્રોતોના સક્રિય નિયંત્રણની તપાસ કરવા માટે એક લાંબા ગાળાનો પ્રોજેક્ટ શરૂ કર્યો. અમે એક જ વેલી એક્સિટનમાંથી સુસંગત ભૌમિતિક તબક્કો મેળવવાની સમસ્યાને ઉકેલવા માટે બિન-સ્થાનિક બેરી ફેઝ ડિફેક્ટ મોડેલનો ઉપયોગ કરીએ છીએ.
જોકે, એક્સિટોન્સ વચ્ચે મજબૂત સિંક્રનાઇઝેશન મિકેનિઝમના અભાવને કારણે, રાશુબા સિંગલ-લેયર લાઇટ સોર્સમાં બહુવિધ વેલી એક્સિટોન્સનું મૂળભૂત સુસંગત સુપરપોઝિશન જે પ્રાપ્ત થયું છે તે વણઉકેલાયેલું રહે છે. આ સમસ્યા આપણને ઉચ્ચ Q ફોટોનના રાશુબા મોડેલ વિશે વિચારવા માટે પ્રેરણા આપે છે. નવી ભૌતિક પદ્ધતિઓમાં નવીનતા લાવ્યા પછી, અમે આ પેપરમાં વર્ણવેલ રાશુબા સિંગલ-લેયર લેસરનો અમલ કર્યો છે."
આ સિદ્ધિ શાસ્ત્રીય અને ક્વોન્ટમ ક્ષેત્રોમાં સુસંગત સ્પિન સહસંબંધ ઘટનાના અભ્યાસ માટે માર્ગ મોકળો કરે છે, અને સ્પિન્ટ્રોનિક અને ફોટોનિક ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના મૂળભૂત સંશોધન અને ઉપયોગ માટે એક નવો માર્ગ ખોલે છે.