近日，fun88网页下载獲悉，在近期的《Nature Materials》刊物上，發表了一篇題為(wei) 《Spin-valley Rashba monolayer laser》的文章。以色列理工學院的研究人員在該文章中稱，他們(men) 開發出了一種原子級自旋光學激光器。這種基於(yu) 單原子層的相幹、可控自旋光激光器可以研究經典和量子態下的相幹、自旋依賴現象，為(wei) 研究以及利用電子和光子自旋的光電設備帶來新的機遇。

為(wei) 此，他們(men) 將WS₂單層合並到支持高Q光子自旋穀共振的異質結構微腔中。自旋穀模式是由連續體(ti) 中束縛態的光子拉什巴型自旋分裂產(chan) 生的。

拉什巴單層激光器（Rashba monolayer laser）具有固有的自旋偏振、高空間和時間相幹性，以及對稱、穩健的特性，可在室溫下實現WS₂單層在任意泵浦偏振條件下的穀相幹性。它不需要磁場或低溫。

埃雷茲(zi) ·哈斯曼 (Erez Hasman) 教授，以色列理工學院原子級光子學實驗室主任。

這種新型激光器可推動用於(yu) 經典和非經典技術以及同時使用電子和光子自旋的光電設備的相幹自旋光學光源的開發。

“自旋光學光源結合了光子模式和電子躍遷，因此為(wei) 研究電子和光子之間的自旋信息交換以及開發先進的光電設備提供了一種途徑。”該研究的領導者Kexiu Rong說，“要構建這些源，先決(jue) 條件是提高光子或電子部分中兩(liang) 個(ge) 相反自旋態之間的自旋簡並性。”

原子級光子學實驗室負責人埃雷茲(zi) ·哈斯曼教授表示，他的團隊長期以來一直致力於(yu) 利用光子自旋作為(wei) 控製電磁波的工具。“2018年，我們(men) 被二維材料中的穀贗自旋所吸引，因此開始了一個(ge) 長期項目，研究在沒有磁場的情況下原子級自旋光學光源的主動控製。”

研究人員首先嚐試使用非局域貝裏相缺陷模式從(cong) 單個(ge) 穀激子中開發相幹幾何相位拾取。然而，由於(yu) 激子之間缺乏強同步機製，他們(men) 無法解決(jue) 已實現的拉什巴單層光源的多個(ge) 穀激子的相幹相加問題。

“這個(ge) 問題啟發我們(men) 對高Q光子拉什巴模式的思考。”哈斯曼說，“隨著新物理方法的創新，我們(men) 實現了拉什巴單層激光器。”

埃雷茲(zi) ·哈斯曼教授實驗室參與(yu) 研究的部分研究人員。

這種新型激光器是通過單原子層和支持高Q自旋穀態 的橫向約束光子自旋晶格之間的相幹、自旋相關(guan) 的相互作用來實現的。為(wei) 了實現高Q自旋分裂態，研究人員構建了具有不同對稱性的光子自旋晶格。他們(men) 構建了一個(ge) 反轉不對稱內(nei) 核和反轉不對稱包層，並將其與(yu) WS₂單層集成在一起。

反轉不對稱晶格有兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵特性。第一個(ge) 特性是可控的、自旋相關(guan) 的、倒晶格矢量。該矢量將自旋簡並帶分裂成動量空間中的兩(liang) 個(ge) 自旋偏振分支，這就是所謂的光子拉什巴效應。

第二個(ge) 特性是一對高Q連續體(ti) 中啟用對稱的準束縛態，即自旋分裂分支的帶邊緣處的± K光子自旋穀態。這兩(liang) 個(ge) 狀態一起形成振幅相等的相幹疊加態。

“我們(men) 使用WS₂單層作為(wei) 增益材料，因為(wei) 這種直接帶隙過渡金屬二摻雜族化物具有獨特的穀贗自旋，它已作為(wei) 穀電子學中的替代信息載體(ti) 得到了廣泛研究，”納米電子材料與(yu) 器件實驗室負責人Elad Koren 教授說。“具體(ti) 來說，它們(men) 的±K'穀激子作為(wei) 麵內(nei) 自旋偏振偶極子發射器輻射，可根據穀對比選擇規則被自旋偏振光選擇性激發，從(cong) 而能夠在沒有磁場的情況下主動控製自旋光學光源。”

在單層集成自旋穀微腔中，±K'穀激子由於(yu) 偏振匹配而耦合到±K自旋穀態。通過強光反饋，在室溫下實現了自旋光學激子激光。

自旋穀拉什巴單層激光器示意圖。自旋穀光學微腔是通過連接反轉不對稱（黃色核心區域）和反轉對稱（青色包層區域）光子自旋晶格而構建的。憑借連續體(ti) 中束縛態的光子拉什巴型自旋分裂，這種異質結構能夠選擇性地橫向限製核內(nei) 出現的光子自旋穀態，以實現高Q共振。因此，從(cong) 合並的WS₂單層（紫色區域）中的穀激子實現了相幹、可控、自旋偏振激光（紅色和藍色光束） 。

同時，最初沒有相位相關(guan) 性的±K'穀激子由激光機製驅動，以找到係統的最小損耗狀態。這導致±K'穀激子根據±K自旋穀態的相反幾何相位重新建立鎖相關(guan) 聯。

由激光機製驅動的穀相幹性無需低溫來抑製區間散射。此外，拉什巴單層激光器的最小損耗狀態可通過線性或圓形泵浦偏振來調節，以滿足或打破最小損耗狀態。這為(wei) 控製激光強度和空間相幹性提供了一種方法。

哈斯曼說：“所揭示的光子自旋穀拉什巴效應提供了構建表麵發射自旋光學光源的通用機製。” “單層集成的自旋穀微腔中所展示的穀相幹性，朝著通過量子位實現量子信息的±K'穀激子之間的糾纏邁出了一步。”