ໂລກໃໝ່ຂອງອຸປະກອນອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກ

ໂລກໃໝ່ຂອງອຸປະກອນອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກ

ນັກຄົ້ນຄວ້າຢູ່ສະຖາບັນເຕັກໂນໂລຢີ Technion-Israel ໄດ້ພັດທະນາການໝູນວຽນທີ່ຄວບຄຸມໄດ້ຢ່າງສອດຄ່ອງເລເຊີແສງໂດຍອີງໃສ່ຊັ້ນອະຕອມດຽວ. ການຄົ້ນພົບນີ້ເປັນໄປໄດ້ໂດຍການພົວພັນທີ່ຂຶ້ນກັບການໝຸນທີ່ສອດຄ່ອງກັນລະຫວ່າງຊັ້ນອະຕອມດຽວ ແລະ ໂຄງສ້າງການໝຸນໂຟໂຕນິກທີ່ມີຂໍ້ຈຳກັດຕາມແນວນອນ, ເຊິ່ງຮອງຮັບຮ່ອມພູການໝຸນ Q ສູງຜ່ານການແຍກໂຟຕອນຂອງສະຖານະຜູກມັດແບບ Rashaba.
ຜົນໄດ້ຮັບ, ເຊິ່ງໄດ້ຖືກຕີພິມໃນວາລະສານ Nature Materials ແລະ ໄດ້ຍົກໃຫ້ເຫັນໃນບົດສະຫຼຸບການຄົ້ນຄວ້າຂອງມັນ, ໄດ້ປູທາງໃຫ້ແກ່ການສຶກສາປະກົດການທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບການໝຸນທີ່ສອດຄ່ອງກັນໃນແບບຄລາສສິກ ແລະລະບົບຄວອນຕຳ, ແລະ ເປີດຊ່ອງທາງໃໝ່ສຳລັບການຄົ້ນຄວ້າພື້ນຖານ ແລະ ການນຳໃຊ້ການໝຸນຂອງເອເລັກຕຣອນ ແລະ ໂຟຕອນໃນອຸປະກອນອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກ. ແຫຼ່ງແສງການໝຸນລວມໂໝດໂຟຕອນເຂົ້າກັບການຫັນປ່ຽນເອເລັກຕຣອນ, ເຊິ່ງສະໜອງວິທີການສຳລັບການສຶກສາການແລກປ່ຽນຂໍ້ມູນການໝຸນລະຫວ່າງເອເລັກຕຣອນ ແລະ ໂຟຕອນ ແລະ ພັດທະນາອຸປະກອນອອບໂຕເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ກ້າວໜ້າ.

ຊ່ອງຫວ່າງທາງແສງຂະໜາດນ້ອຍໃນຮ່ອມພູ Spin ຖືກສ້າງຂຶ້ນໂດຍການເຊື່ອມຕໍ່ກັບໂຄງສ້າງໝຸນໂຟໂຕນິກກັບຄວາມບໍ່ສົມດຸນແບບປີ້ນກັບກັນ (ພາກພື້ນແກນສີເຫຼືອງ) ແລະ ຄວາມສົມດຸນແບບປີ້ນກັບກັນ (ພາກພື້ນເຄືອບສີຟ້າອ່ອນ).
ເພື່ອສ້າງແຫຼ່ງເຫຼົ່ານີ້, ສິ່ງທີ່ຕ້ອງມີກ່ອນຄືການກຳຈັດຄວາມເສື່ອມໂຊມຂອງການໝຸນລະຫວ່າງສອງສະຖານະໝຸນທີ່ກົງກັນຂ້າມໃນສ່ວນໂຟຕອນ ຫຼື ເອເລັກຕຣອນ. ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວສິ່ງນີ້ຈະບັນລຸໄດ້ໂດຍການນຳໃຊ້ສະໜາມແມ່ເຫຼັກພາຍໃຕ້ຜົນກະທົບຂອງຟາຣາເດ ຫຼື ຊີແມນ, ເຖິງແມ່ນວ່າວິທີການເຫຼົ່ານີ້ມັກຈະຕ້ອງການສະໜາມແມ່ເຫຼັກທີ່ແຂງແຮງ ແລະ ບໍ່ສາມາດຜະລິດແຫຼ່ງຈຸລະພາກໄດ້. ວິທີການທີ່ມີຄວາມຫວັງອີກອັນໜຶ່ງແມ່ນອີງໃສ່ລະບົບກ້ອງຖ່າຍຮູບເລຂາຄະນິດທີ່ໃຊ້ສະໜາມແມ່ເຫຼັກທຽມເພື່ອສ້າງສະຖານະແບ່ງໝຸນຂອງໂຟຕອນໃນພື້ນທີ່ໂມເມນຕຳ.
ແຕ່ຫນ້າເສຍດາຍ, ການສັງເກດການກ່ອນໜ້ານີ້ກ່ຽວກັບສະຖານະການແບ່ງສະປິນໄດ້ອີງໃສ່ຮູບແບບການຂະຫຍາຍພັນປັດໄຈມວນສານຕໍ່າຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, ເຊິ່ງສ້າງຂໍ້ຈຳກັດທີ່ບໍ່ດີຕໍ່ຄວາມສອດຄ່ອງທາງພື້ນທີ່ ແລະ ເວລາຂອງແຫຼ່ງທີ່ມາ. ວິທີການນີ້ຍັງຖືກຂັດຂວາງໂດຍລັກສະນະທີ່ຄວບຄຸມດ້ວຍການສະປິນຂອງວັດສະດຸທີ່ໄດ້ຮັບເລເຊີແບບບລັອກ, ເຊິ່ງບໍ່ສາມາດ ຫຼື ບໍ່ສາມາດໃຊ້ເພື່ອຄວບຄຸມຢ່າງຫ້າວຫັນໄດ້ງ່າຍແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງ, ໂດຍສະເພາະໃນເວລາທີ່ບໍ່ມີສະໜາມແມ່ເຫຼັກຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມຫ້ອງ.
ເພື່ອໃຫ້ບັນລຸສະຖານະການແຍກສະປິນທີ່ມີ Q ສູງ, ນັກຄົ້ນຄວ້າໄດ້ສ້າງຕາຂ່າຍສະປິນໂຟໂຕນິກທີ່ມີຄວາມສົມມາດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ລວມທັງແກນທີ່ມີຄວາມບໍ່ສົມມາດແບບປີ້ນກັບກັນ ແລະ ຊອງສະເໝືອນແບບປີ້ນກັບກັນທີ່ປະສົມປະສານກັບຊັ້ນດຽວ WS2, ເພື່ອສ້າງຮ່ອມສະປິນທີ່ມີຂໍ້ຈຳກັດທາງຂ້າງ. ຕາຂ່າຍອະສົມມາດແບບປີ້ນກັບກັນພື້ນຖານທີ່ໃຊ້ໂດຍນັກຄົ້ນຄວ້າມີຄຸນສົມບັດທີ່ສຳຄັນສອງຢ່າງ.
ເວັກເຕີແລດຊ໌ຕຣິກເຊິ່ງກັນແລະກັນທີ່ຂຶ້ນກັບການໝຸນທີ່ສາມາດຄວບຄຸມໄດ້ ເຊິ່ງເກີດຈາກການປ່ຽນແປງພື້ນທີ່ເຟສເລຂາຄະນິດຂອງນາໂນພອຣອສແອນໄອໂຊໂທຣປິກທີ່ບໍ່ເປັນເອກະພາບທີ່ປະກອບດ້ວຍພວກມັນ. ເວັກເຕີນີ້ແບ່ງແຖບການເສື່ອມສະພາບຂອງການໝຸນອອກເປັນສອງສາຂາທີ່ມີຂົ້ວຂອງການໝຸນໃນພື້ນທີ່ໂມເມນຕຳ, ເຊິ່ງເອີ້ນວ່າຜົນກະທົບຂອງໂຟໂຕນິກ Rushberg.
ຄູ່ຂອງສະຖານະພາບທີ່ຜູກມັດ Q ສູງ (ເກືອບ) ໃນ continuum, ຄື ຮ່ອມພູສະປິນໂຟຕອນ ±K (ມຸມແຖບ Brillouin) ຢູ່ແຄມຂອງກິ່ງງ່າທີ່ແຍກສະປິນ, ປະກອບເປັນ superposition ທີ່ສອດຄ່ອງກັນຂອງແອມພລິຈູດເທົ່າກັນ.
ສາດສະດາຈານ Koren ໄດ້ໃຫ້ຂໍ້ສັງເກດວ່າ: “ພວກເຮົາໄດ້ໃຊ້ໂມໂນໄລ WS2 ເປັນວັດສະດຸເພີ່ມຄວາມແຮງ ເພາະວ່າໂລຫະໄດຊູນໄຟດ໌ທີ່ມີຊ່ອງຫວ່າງແຖບໂດຍກົງນີ້ມີການໝຸນແບບ pseudo-spin ທີ່ເປັນເອກະລັກ ແລະ ໄດ້ຮັບການສຶກສາຢ່າງກວ້າງຂວາງວ່າເປັນຕົວນຳຂໍ້ມູນທາງເລືອກໃນເອເລັກຕຣອນຂອງຮ່ອມພູ. ໂດຍສະເພາະ, excitons ±K 'ຮ່ອມພູຂອງພວກມັນ (ເຊິ່ງແຜ່ລາມໃນຮູບແບບຂອງຕົວປ່ອຍໄດໂພລທີ່ມີຂົ້ວໝຸນແບບຮາບພຽງ) ສາມາດຖືກກະຕຸ້ນໂດຍແສງທີ່ມີຂົ້ວໝຸນຕາມກົດລະບຽບການເລືອກການປຽບທຽບຮ່ອມພູ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຄວບຄຸມການໝຸນທີ່ບໍ່ມີແມ່ເຫຼັກຢ່າງຫ້າວຫັນ.ແຫຼ່ງແສງ.
ໃນຊ່ອງວ່າງຂະໜາດນ້ອຍຂອງຮ່ອມພູສະປິນທີ່ປະສົມປະສານຊັ້ນດຽວ, excitons ຮ່ອມພູ ±K ຈະຖືກເຊື່ອມຕໍ່ກັບສະຖານະຮ່ອມພູສະປິນ ±K ໂດຍການຈັບຄູ່ໂພລາໄຣເຊຊັນ, ແລະເລເຊີ exciton ສະປິນທີ່ອຸນຫະພູມຫ້ອງຈະຖືກຮັບຮູ້ໂດຍການຕອບສະໜອງແສງສະຫວ່າງທີ່ແຂງແຮງ. ໃນເວລາດຽວກັນ,ເລເຊີກົນໄກດັ່ງກ່າວຂັບເຄື່ອນ excitons ທີ່ບໍ່ຂຶ້ນກັບໄລຍະເບື້ອງຕົ້ນ ±K 'valley ເພື່ອຊອກຫາສະຖານະການສູນເສຍໜ້ອຍທີ່ສຸດຂອງລະບົບ ແລະ ສ້າງສະຫະສຳພັນລັອກອິນຄືນໃໝ່ໂດຍອີງໃສ່ໄລຍະເລຂາຄະນິດກົງກັນຂ້າມກັບຮ່ອມພູໝຸນ ±K.
ຄວາມສອດຄ່ອງຂອງຮ່ອມພູທີ່ຂັບເຄື່ອນໂດຍກົນໄກເລເຊີນີ້ຊ່ວຍລົບລ້າງຄວາມຕ້ອງການໃນການສະກັດກັ້ນການກະແຈກກະຈາຍທີ່ບໍ່ເປັນໄລຍະໃນອຸນຫະພູມຕໍ່າ. ນອກຈາກນັ້ນ, ສະພາບການສູນເສຍຕໍ່າສຸດຂອງເລເຊີຊັ້ນດຽວ Rashba ສາມາດຖືກປັບປ່ຽນໄດ້ໂດຍການໂພລາໄຣເຊຊັນຂອງປັ໊ມເສັ້ນຊື່ (ວົງມົນ), ເຊິ່ງສະໜອງວິທີການຄວບຄຸມຄວາມເຂັ້ມຂອງເລເຊີ ແລະ ຄວາມສອດຄ່ອງທາງພື້ນທີ່.
ສາດສະດາຈານ Hasman ອະທິບາຍວ່າ: “ສິ່ງທີ່ເປີດເຜີຍໂຟໂຕນິກຜົນກະທົບຂອງ spin valley Rashba ໃຫ້ກົນໄກທົ່ວໄປສຳລັບການສ້າງແຫຼ່ງແສງ spin ທີ່ປ່ອຍແສງອອກຈາກໜ້າດິນ. ຄວາມສອດຄ່ອງຂອງ valley ທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນ microcavity spin valley ຊັ້ນດຽວທີ່ປະສົມປະສານກັນນຳພວກເຮົາໄປອີກບາດກ້າວໜຶ່ງເພື່ອບັນລຸການຜູກພັນຂໍ້ມູນ quantum ລະຫວ່າງ excitons ຂອງ ±K 'valley ຜ່ານ qubits.
ເປັນເວລາດົນນານແລ້ວ, ທີມງານຂອງພວກເຮົາໄດ້ພັດທະນາການໝຸນແສງໂດຍໃຊ້ໂຟຕອນໝຸນເປັນເຄື່ອງມືທີ່ມີປະສິດທິພາບໃນການຄວບຄຸມພຶດຕິກຳຂອງຄື້ນແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ. ໃນປີ 2018, ໂດຍມີຄວາມສົນໃຈກັບການໝຸນຂອງຮ່ອມພູໃນວັດສະດຸສອງມິຕິ, ພວກເຮົາໄດ້ເລີ່ມໂຄງການໄລຍະຍາວເພື່ອສືບສວນການຄວບຄຸມຢ່າງຫ້າວຫັນຂອງແຫຼ່ງແສງໝຸນຂະໜາດປະລະມານູໃນເວລາທີ່ບໍ່ມີສະໜາມແມ່ເຫຼັກ. ພວກເຮົາໃຊ້ຮູບແບບຂໍ້ບົກພ່ອງຂອງເຟສເບີຣີທີ່ບໍ່ແມ່ນທ້ອງຖິ່ນເພື່ອແກ້ໄຂບັນຫາຂອງການໄດ້ຮັບເຟສເລຂາຄະນິດທີ່ສອດຄ່ອງກັນຈາກ exciton ຂອງຮ່ອມພູດຽວ.
ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ເນື່ອງຈາກການຂາດກົນໄກການປະສານທີ່ເຂັ້ມແຂງລະຫວ່າງ excitons, ການຊ້ອນກັນພື້ນຖານຂອງ excitons ຫຼາຍອັນໃນແຫຼ່ງແສງສະຫວ່າງຊັ້ນດຽວຂອງ Rashuba ທີ່ໄດ້ບັນລຸໄດ້ຍັງບໍ່ທັນໄດ້ຮັບການແກ້ໄຂ. ບັນຫານີ້ກະຕຸ້ນໃຫ້ພວກເຮົາຄິດກ່ຽວກັບຮູບແບບ Rashuba ຂອງໂຟຕອນ Q ສູງ. ຫຼັງຈາກການປະດິດສ້າງວິທີການທາງກາຍະພາບໃໝ່, ພວກເຮົາໄດ້ຈັດຕັ້ງປະຕິບັດເລເຊີຊັ້ນດຽວຂອງ Rashuba ທີ່ໄດ້ອະທິບາຍໄວ້ໃນເອກະສານນີ້.
ຜົນສຳເລັດນີ້ໄດ້ປູທາງໃຫ້ແກ່ການສຶກສາປະກົດການສະຫະສຳພັນຂອງສະປິນທີ່ສອດຄ່ອງກັນໃນຂົງເຂດຄລາສສິກ ແລະ ຂະແໜງຄວອນຕຳ, ແລະ ເປີດທາງໃໝ່ສຳລັບການຄົ້ນຄວ້າພື້ນຖານ ແລະ ການນຳໃຊ້ອຸປະກອນອອບໂຕອີເລັກໂທຣນິກສະປິນໂທຣນິກ ແລະ ໂຟໂຕນິກ.