অপটোইলেকট্রনিক ডিভাইসের এক নতুন জগৎ

একটি নতুন পৃথিবীঅপটোইলেকট্রনিক ডিভাইস

টেকনিয়ন-ইসরায়েল ইনস্টিটিউট অফ টেকনোলজির গবেষকরা একটি সুসংগতভাবে নিয়ন্ত্রিত স্পিন তৈরি করেছেনঅপটিক্যাল লেজারএকটি একক পারমাণবিক স্তরের উপর ভিত্তি করে। এই আবিষ্কারটি সম্ভব হয়েছে একটি একক পারমাণবিক স্তর এবং একটি অনুভূমিকভাবে সীমাবদ্ধ ফোটোনিক স্পিন ল্যাটিসের মধ্যে একটি সুসংগত স্পিন-নির্ভর মিথস্ক্রিয়ার মাধ্যমে, যা ধারাবাহিকতায় আবদ্ধ অবস্থার ফোটনগুলির রাশাবা-টাইপ স্পিন বিভাজনের মাধ্যমে একটি উচ্চ-Q স্পিন উপত্যকাকে সমর্থন করে।
নেচার ম্যাটেরিয়ালসে প্রকাশিত এবং এর গবেষণা সংক্ষেপে তুলে ধরা এই ফলাফল, ধ্রুপদী এবংকোয়ান্টাম সিস্টেম, এবং অপটোইলেকট্রনিক ডিভাইসে ইলেকট্রন এবং ফোটন স্পিনের মৌলিক গবেষণা এবং প্রয়োগের জন্য নতুন পথ খুলে দেয়। স্পিন অপটিক্যাল উৎস ফোটন মোডকে ইলেকট্রন ট্রানজিশনের সাথে একত্রিত করে, যা ইলেকট্রন এবং ফোটনের মধ্যে স্পিন তথ্য বিনিময় অধ্যয়ন এবং উন্নত অপটোইলেকট্রনিক ডিভাইস বিকাশের জন্য একটি পদ্ধতি প্রদান করে।

স্পিন ভ্যালি অপটিক্যাল মাইক্রোক্যাভিটিগুলি ইনভার্সন অ্যাসিমেট্রি (হলুদ কোর অঞ্চল) এবং ইনভার্সন সিমেট্রি (সায়ান ক্ল্যাডিং অঞ্চল) সহ ফোটোনিক স্পিন ল্যাটিসগুলিকে ইন্টারফেস করে তৈরি করা হয়।
এই উৎসগুলি তৈরি করার জন্য, একটি পূর্বশর্ত হল ফোটন বা ইলেকট্রন অংশে দুটি বিপরীত স্পিন অবস্থার মধ্যে স্পিন অবক্ষয় দূর করা। এটি সাধারণত ফ্যারাডে বা জিম্যান প্রভাবের অধীনে একটি চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োগ করে অর্জন করা হয়, যদিও এই পদ্ধতিগুলিতে সাধারণত একটি শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োজন হয় এবং একটি মাইক্রোসোর্স তৈরি করতে পারে না। আরেকটি প্রতিশ্রুতিশীল পদ্ধতি হল একটি জ্যামিতিক ক্যামেরা সিস্টেমের উপর ভিত্তি করে যা ভরবেগ স্থানে ফোটনের স্পিন-বিভক্ত অবস্থা তৈরি করতে একটি কৃত্রিম চৌম্বক ক্ষেত্র ব্যবহার করে।
দুর্ভাগ্যবশত, স্পিন স্প্লিট স্টেটের পূর্ববর্তী পর্যবেক্ষণগুলি নিম্ন-ভর ফ্যাক্টর প্রচার পদ্ধতির উপর ব্যাপকভাবে নির্ভর করেছে, যা উৎসের স্থানিক এবং সময়গত সমন্বয়ের উপর প্রতিকূল সীমাবদ্ধতা আরোপ করে। ব্লকি লেজার-গেইন উপকরণের স্পিন-নিয়ন্ত্রিত প্রকৃতির দ্বারাও এই পদ্ধতিটি বাধাগ্রস্ত হয়, যা সক্রিয়ভাবে নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহার করা যায় না বা সহজে করা যায় নাআলোক উৎসবিশেষ করে ঘরের তাপমাত্রায় চৌম্বক ক্ষেত্রের অনুপস্থিতিতে।
উচ্চ-Q স্পিন-বিভাজন অবস্থা অর্জনের জন্য, গবেষকরা বিভিন্ন প্রতিসাম্য সহ ফোটোনিক স্পিন ল্যাটিস তৈরি করেছেন, যার মধ্যে রয়েছে ইনভার্সন অ্যাসিমেট্রি সহ একটি কোর এবং একটি ইনভার্সন সিমেট্রিক এনভেলপ যা একটি WS2 একক স্তরের সাথে একত্রিত, যাতে পার্শ্বীয়ভাবে সীমাবদ্ধ স্পিন ভ্যালি তৈরি করা যায়। গবেষকদের দ্বারা ব্যবহৃত মৌলিক ইনভার্স অ্যাসিমেট্রিক ল্যাটিসের দুটি গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য রয়েছে।
নিয়ন্ত্রিত স্পিন-নির্ভর পারস্পরিক ল্যাটিস ভেক্টর যা তাদের দ্বারা গঠিত ভিন্নধর্মী অ্যানিসোট্রপিক ন্যানোপোরাসের জ্যামিতিক ফেজ স্পেস পরিবর্তনের ফলে সৃষ্ট। এই ভেক্টর স্পিন ডিগ্রেডেশন ব্যান্ডকে ভরবেগ স্থানে দুটি স্পিন-পোলারাইজড শাখায় বিভক্ত করে, যা ফোটোনিক রাশবার্গ প্রভাব নামে পরিচিত।
ধারাবাহিকতায় উচ্চ Q প্রতিসম (quasi) আবদ্ধ অবস্থার একটি জোড়া, যথা ±K(Brillouin band Angle) ফোটন স্পিন ভ্যালি স্পিন বিভাজনকারী শাখার প্রান্তে, সমান প্রশস্ততার একটি সুসংগত সুপারপজিশন গঠন করে।
অধ্যাপক কোরেন উল্লেখ করেছেন: "আমরা লাভ উপাদান হিসেবে WS2 মনোলাইড ব্যবহার করেছি কারণ এই সরাসরি ব্যান্ড-গ্যাপ ট্রানজিশন ধাতু ডাইসালফাইডের একটি অনন্য ভ্যালি সিউডো-স্পিন রয়েছে এবং ভ্যালি ইলেকট্রনে বিকল্প তথ্য বাহক হিসেবে ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে। বিশেষ করে, তাদের ±K 'ভ্যালি এক্সিটন (যা প্ল্যানার স্পিন-পোলারাইজড ডাইপোল এমিটার আকারে বিকিরণ করে) ভ্যালি তুলনা নির্বাচনের নিয়ম অনুসারে স্পিন-পোলারাইজড আলো দ্বারা নির্বাচিতভাবে উত্তেজিত হতে পারে, এইভাবে সক্রিয়ভাবে একটি চৌম্বকীয়ভাবে মুক্ত স্পিন নিয়ন্ত্রণ করে।"অপটিক্যাল উৎস.
একটি একক-স্তর সমন্বিত স্পিন ভ্যালি মাইক্রোক্যাভিটিতে, ±K 'ভ্যালি এক্সিটনগুলিকে পোলারাইজেশন ম্যাচিংয়ের মাধ্যমে ±K স্পিন ভ্যালি স্টেটের সাথে সংযুক্ত করা হয় এবং ঘরের তাপমাত্রায় স্পিন এক্সিটন লেজার শক্তিশালী আলো প্রতিক্রিয়া দ্বারা উপলব্ধি করা হয়। একই সময়ে,লেজারপ্রক্রিয়াটি প্রাথমিকভাবে ফেজ-স্বাধীন ±K 'ভ্যালি এক্সিটনগুলিকে সিস্টেমের ন্যূনতম ক্ষতির অবস্থা খুঁজে বের করতে এবং ±K স্পিন ভ্যালির বিপরীতে জ্যামিতিক ফেজের উপর ভিত্তি করে লক-ইন পারস্পরিক সম্পর্ক পুনঃপ্রতিষ্ঠা করতে চালিত করে।
এই লেজার প্রক্রিয়া দ্বারা চালিত ভ্যালি কোহেরেন্স বিরতিহীন বিচ্ছুরণের নিম্ন তাপমাত্রা দমনের প্রয়োজনীয়তা দূর করে। এছাড়াও, রাশবা মনোলেয়ার লেজারের ন্যূনতম ক্ষতির অবস্থা রৈখিক (বৃত্তাকার) পাম্প পোলারাইজেশন দ্বারা মডিউল করা যেতে পারে, যা লেজারের তীব্রতা এবং স্থানিক কোহেরেন্স নিয়ন্ত্রণ করার একটি উপায় প্রদান করে।"
অধ্যাপক হাসমান ব্যাখ্যা করেন: “প্রকাশিতফোটোনিকস্পিন ভ্যালি রাশবা প্রভাব পৃষ্ঠ-নির্গমনকারী স্পিন অপটিক্যাল উৎস তৈরির জন্য একটি সাধারণ প্রক্রিয়া প্রদান করে। একক-স্তর সমন্বিত স্পিন ভ্যালি মাইক্রোক্যাভিটিতে প্রদর্শিত উপত্যকার সমন্বয় আমাদের কিউবিটের মাধ্যমে ±K' ভ্যালি এক্সিটনের মধ্যে কোয়ান্টাম তথ্য জট অর্জনের এক ধাপ এগিয়ে নিয়ে যায়।
দীর্ঘদিন ধরে, আমাদের দল স্পিন অপটিক্স তৈরি করে আসছে, ফোটন স্পিনকে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের আচরণ নিয়ন্ত্রণের জন্য একটি কার্যকর হাতিয়ার হিসেবে ব্যবহার করে। 2018 সালে, দ্বি-মাত্রিক পদার্থে ভ্যালি সিউডো-স্পিন দ্বারা আগ্রহী হয়ে, আমরা চৌম্বক ক্ষেত্রের অনুপস্থিতিতে পারমাণবিক-স্কেল স্পিন অপটিক্যাল উৎসগুলির সক্রিয় নিয়ন্ত্রণ তদন্ত করার জন্য একটি দীর্ঘমেয়াদী প্রকল্প শুরু করি। একটি একক ভ্যালি এক্সাইটন থেকে সুসংগত জ্যামিতিক পর্যায় প্রাপ্তির সমস্যা সমাধানের জন্য আমরা অ-স্থানীয় বেরি ফেজ ত্রুটি মডেল ব্যবহার করি।
তবে, এক্সিটনগুলির মধ্যে একটি শক্তিশালী সিঙ্ক্রোনাইজেশন প্রক্রিয়ার অভাবের কারণে, রাশুবা একক-স্তর আলোক উৎসে একাধিক উপত্যকা এক্সিটনের মৌলিক সুসংগত সুপারপজিশন যা অর্জিত হয়েছে তা অমীমাংসিত রয়ে গেছে। এই সমস্যাটি আমাদের উচ্চ Q ফোটনের রাশুবা মডেল সম্পর্কে ভাবতে অনুপ্রাণিত করে। নতুন ভৌত পদ্ধতি উদ্ভাবনের পর, আমরা এই গবেষণাপত্রে বর্ণিত রাশুবা একক-স্তর লেজার বাস্তবায়ন করেছি।"
এই অর্জন শাস্ত্রীয় এবং কোয়ান্টাম ক্ষেত্রে সুসংগত স্পিন পারস্পরিক সম্পর্কের ঘটনা অধ্যয়নের পথ প্রশস্ত করে এবং স্পিনট্রনিক এবং ফোটোনিক অপটোইলেক্ট্রনিক ডিভাইসের মৌলিক গবেষণা এবং ব্যবহারের জন্য একটি নতুন পথ উন্মুক্ত করে।