ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોની નવી દુનિયા

ની નવી દુનિયાઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો

ટેક્નિયન-ઇઝરાયેલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ટેક્નોલોજીના સંશોધકોએ સુસંગત રીતે નિયંત્રિત સ્પિન વિકસાવી છેઓપ્ટિકલ લેસરએક અણુ સ્તર પર આધારિત. આ શોધ એક પરમાણુ સ્તર અને આડી અવરોધિત ફોટોનિક સ્પિન જાળી વચ્ચે સુસંગત સ્પિન-આશ્રિત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા શક્ય બની હતી, જે સાતત્યમાં બંધાયેલા અવસ્થાઓના ફોટોનના રશાબા-પ્રકારના સ્પિન વિભાજન દ્વારા ઉચ્ચ-ક્યૂ સ્પિન ખીણને સમર્થન આપે છે.
પરિણામ, નેચર મટિરિયલ્સમાં પ્રકાશિત અને તેના સંશોધન સંક્ષિપ્તમાં પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યું છે, તે શાસ્ત્રીય અનેક્વોન્ટમ સિસ્ટમ્સ, અને ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોમાં ઈલેક્ટ્રોન અને ફોટોન સ્પિનના મૂળભૂત સંશોધન અને એપ્લિકેશન માટે નવા રસ્તાઓ ખોલે છે. સ્પિન ઓપ્ટિકલ સ્ત્રોત ફોટોન મોડને ઇલેક્ટ્રોન સંક્રમણ સાથે જોડે છે, જે ઇલેક્ટ્રોન અને ફોટોન વચ્ચે સ્પિન માહિતી વિનિમયનો અભ્યાસ કરવા અને અદ્યતન ઓપ્ટોઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો વિકસાવવા માટેની પદ્ધતિ પ્રદાન કરે છે.

સ્પિન વેલી ઓપ્ટિકલ માઇક્રોકેવિટીઝનું નિર્માણ ફોટોનિક સ્પિન જાળીને વ્યુત્ક્રમ અસમપ્રમાણતા (પીળો કોર પ્રદેશ) અને વ્યુત્ક્રમ સમપ્રમાણતા (સ્યાન ક્લેડીંગ ક્ષેત્ર) સાથે ઇન્ટરફેસ કરીને કરવામાં આવે છે.
આ સ્ત્રોતો બનાવવા માટે, ફોટોન અથવા ઇલેક્ટ્રોન ભાગમાં બે વિરોધી સ્પિન અવસ્થાઓ વચ્ચે સ્પિન ડિજનરેસીને દૂર કરવાની પૂર્વશરત છે. આ સામાન્ય રીતે ફેરાડે અથવા ઝીમેન અસર હેઠળ ચુંબકીય ક્ષેત્ર લાગુ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે, જો કે આ પદ્ધતિઓમાં સામાન્ય રીતે મજબૂત ચુંબકીય ક્ષેત્રની જરૂર હોય છે અને તે માઇક્રોસોર્સ ઉત્પન્ન કરી શકતી નથી. અન્ય આશાસ્પદ અભિગમ ભૌમિતિક કેમેરા સિસ્ટમ પર આધારિત છે જે કૃત્રિમ ચુંબકીય ક્ષેત્રનો ઉપયોગ કરીને મોમેન્ટમ સ્પેસમાં ફોટોનની સ્પિન-સ્પ્લિટ સ્ટેટ્સ જનરેટ કરે છે.
કમનસીબે, સ્પિન સ્પ્લિટ સ્ટેટ્સના અગાઉના અવલોકનો ઓછા-દળના પરિબળ પ્રસારની સ્થિતિઓ પર ખૂબ આધાર રાખે છે, જે સ્ત્રોતોના અવકાશી અને અસ્થાયી સુસંગતતા પર પ્રતિકૂળ અવરોધો લાદે છે. આ અભિગમ અવરોધિત લેસર-ગેઇન મટિરિયલ્સની સ્પિન-નિયંત્રિત પ્રકૃતિ દ્વારા પણ અવરોધાય છે, જે સક્રિય રીતે નિયંત્રિત કરવા માટે સરળતાથી ઉપયોગમાં લઈ શકાતી નથી અથવા કરી શકાતી નથી.પ્રકાશ સ્ત્રોતો, ખાસ કરીને ઓરડાના તાપમાને ચુંબકીય ક્ષેત્રોની ગેરહાજરીમાં.
ઉચ્ચ-ક્યૂ સ્પિન-સ્પ્લિટિંગ સ્ટેટ્સ હાંસલ કરવા માટે, સંશોધકોએ અલગ-અલગ સમપ્રમાણતાઓ સાથે ફોટોનિક સ્પિન જાળીઓનું નિર્માણ કર્યું, જેમાં વ્યુત્ક્રમ અસમપ્રમાણતા સાથેનો કોર અને WS2 સિંગલ લેયર સાથે સંકલિત એક વ્યુત્ક્રમ સપ્રમાણ પરબિડીયુંનો સમાવેશ થાય છે, જેથી બાજુમાં અવરોધિત સ્પિન ખીણો ઉત્પન્ન થાય. સંશોધકો દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતી મૂળભૂત વ્યસ્ત અસમપ્રમાણ જાળી બે મહત્વપૂર્ણ ગુણધર્મો ધરાવે છે.
તેમનાથી બનેલા વિજાતીય એનિસોટ્રોપિક નેનોપોરસના ભૌમિતિક તબક્કાના અવકાશ ભિન્નતાને કારણે નિયંત્રિત સ્પિન-આશ્રિત પારસ્પરિક જાળી વેક્ટર. આ વેક્ટર સ્પિન ડિગ્રેડેશન બેન્ડને મોમેન્ટમ સ્પેસમાં બે સ્પિન-પોલરાઇઝ્ડ શાખાઓમાં વિભાજિત કરે છે, જેને ફોટોનિક રશબર્ગ અસર તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
સાતત્યમાં ઉચ્ચ Q સપ્રમાણ (અર્ધ) બાઉન્ડ સ્ટેટ્સની જોડી, એટલે કે ±K(બ્રિલોઈન બેન્ડ એન્ગલ) સ્પિન સ્પ્લિટિંગ શાખાઓની ધાર પર ફોટોન સ્પિન વેલી, સમાન કંપનવિસ્તારની સુસંગત સુપરપોઝિશન બનાવે છે.
પ્રોફેસર કોરેને નોંધ્યું: “અમે WS2 મોનોલાઈડ્સનો ઉપયોગ લાભ સામગ્રી તરીકે કર્યો છે કારણ કે આ ડાયરેક્ટ બેન્ડ-ગેપ ટ્રાન્ઝિશન મેટલ ડાઈસલ્ફાઈડ અનન્ય વેલી સ્યુડો-સ્પિન ધરાવે છે અને ખીણના ઈલેક્ટ્રોનમાં વૈકલ્પિક માહિતી વાહક તરીકે વ્યાપકપણે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે. ખાસ કરીને, તેમના ±K' વેલી એક્સિટોન્સ (જે પ્લેનર સ્પિન-પોલરાઇઝ્ડ દ્વિધ્રુવ ઉત્સર્જકોના સ્વરૂપમાં પ્રસારિત થાય છે) વેલી સરખામણી પસંદગીના નિયમો અનુસાર સ્પિન-પોલરાઇઝ્ડ લાઇટ દ્વારા પસંદગીયુક્ત રીતે ઉત્તેજિત થઈ શકે છે, આમ ચુંબકીય રીતે મુક્ત સ્પિનને સક્રિયપણે નિયંત્રિત કરે છે.ઓપ્ટિકલ સ્ત્રોત.
સિંગલ-લેયર ઇન્ટિગ્રેટેડ સ્પિન વેલી માઇક્રોકેવિટીમાં, ±K' વેલી એક્સિટોન્સને ધ્રુવીકરણ મેચિંગ દ્વારા ±K સ્પિન વેલી સ્ટેટ સાથે જોડવામાં આવે છે, અને ઓરડાના તાપમાને સ્પિન એક્સિટન લેસર મજબૂત પ્રકાશ પ્રતિસાદ દ્વારા અનુભવાય છે. તે જ સમયે, ધલેસરમિકેનિઝમ સિસ્ટમની ન્યૂનતમ નુકસાનની સ્થિતિ શોધવા અને ±K સ્પિન ખીણની વિરુદ્ધ ભૌમિતિક તબક્કાના આધારે લોક-ઇન સહસંબંધને પુનઃસ્થાપિત કરવા માટે પ્રારંભિક તબક્કા-સ્વતંત્ર ±K' ખીણના ઉત્તેજનને ચલાવે છે.
આ લેસર મિકેનિઝમ દ્વારા સંચાલિત ખીણની સુસંગતતા તૂટક તૂટક છૂટાછવાયાના નીચા તાપમાનના દમનની જરૂરિયાતને દૂર કરે છે. વધુમાં, રાશબા મોનોલેયર લેસરની ન્યૂનતમ નુકશાન સ્થિતિને રેખીય (ગોળ) પંપ ધ્રુવીકરણ દ્વારા મોડ્યુલેટ કરી શકાય છે, જે લેસરની તીવ્રતા અને અવકાશી સુસંગતતાને નિયંત્રિત કરવાનો માર્ગ પૂરો પાડે છે."
પ્રોફેસર હસમાન સમજાવે છે: “જાહેરફોટોનિકસ્પિન વેલી રાશબા અસર સપાટીથી ઉત્સર્જિત સ્પિન ઓપ્ટિકલ સ્ત્રોતો બનાવવા માટે સામાન્ય પદ્ધતિ પૂરી પાડે છે. સિંગલ-લેયર ઇન્ટિગ્રેટેડ સ્પિન વેલી માઇક્રોકેવિટીમાં દર્શાવવામાં આવેલ ખીણની સુસંગતતા અમને ક્યુબિટ્સ દ્વારા ±K' વેલી એક્સિટોન્સ વચ્ચે ક્વોન્ટમ માહિતી ફસાવાની એક પગલું નજીક લાવે છે.
લાંબા સમયથી, અમારી ટીમ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના વર્તનને નિયંત્રિત કરવા માટે અસરકારક સાધન તરીકે ફોટોન સ્પિનનો ઉપયોગ કરીને સ્પિન ઓપ્ટિક્સ વિકસાવી રહી છે. 2018 માં, દ્વિ-પરિમાણીય સામગ્રીમાં ખીણના સ્યુડો-સ્પિન દ્વારા રસપ્રદ, અમે ચુંબકીય ક્ષેત્રોની ગેરહાજરીમાં અણુ-સ્કેલ સ્પિન ઓપ્ટિકલ સ્ત્રોતોના સક્રિય નિયંત્રણની તપાસ કરવા માટે લાંબા ગાળાનો પ્રોજેક્ટ શરૂ કર્યો. સિંગલ વેલી એક્સિટનમાંથી સુસંગત ભૌમિતિક તબક્કો મેળવવાની સમસ્યાને ઉકેલવા માટે અમે બિન-સ્થાનિક બેરી તબક્કા ખામી મોડેલનો ઉપયોગ કરીએ છીએ.
જો કે, એક્સિટોન્સ વચ્ચે મજબૂત સિંક્રનાઇઝેશન મિકેનિઝમના અભાવને કારણે, રાશુબા સિંગલ-લેયર લાઇટ સ્ત્રોતમાં બહુવિધ વેલી એક્સિટન્સની મૂળભૂત સુસંગત સુપરપોઝિશન વણઉકેલાયેલી રહે છે. આ સમસ્યા આપણને ઉચ્ચ ક્યૂ ફોટોનનાં રાશુબા મોડલ વિશે વિચારવા માટે પ્રેરિત કરે છે. નવી ભૌતિક પદ્ધતિઓ શોધ્યા 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 સ્પિનટ્રોનિક અને ફોટોનિક ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના મૂળભૂત સંશોધન અને ઉપયોગ માટે એક નવો માર્ગ ખોલે છે.