Um ligado

Centro de Publicação Light, Instituto de Óptica, Mecânica Fina e Física de Changchun, CAS

imagem: Demonstração das redes meron em grande escala construídas por microscopia de força magnética.Veja mais

Crédito: por Xuefeng Wu, Xu Li, Wenyu Kang, Xichao Zhang, Li Chen, Zhibai Zhong, Yan Zhou, Johan Åkerman, Yaping Wu, Rong Zhang e Junyong Kang

O fóton é uma das partículas elementares da mecânica quântica. A manipulação e modulação eficazes dos estados quânticos são a base de várias aplicações, como a computação quântica e a comunicação quântica segura. A fonte de fótons quiral pode modular in situ o estado quântico da luz dentro da fonte de luz, o que é benéfico para integração e miniaturização de dispositivos. Portanto, a fonte de fótons quiral é considerada uma fonte de luz ideal na tecnologia quântica.

As fontes de fótons quirais existentes normalmente envolvem materiais polarizados por spin para manipular o momento angular de spin de elétrons e fótons. Mesmo que seja necessário um campo magnético externo ou um ambiente de baixa temperatura, a polarização e a estabilidade obtidas são geralmente fracas e suscetíveis a perturbações eletromagnéticas. Romper os gargalos acima e melhorar ainda mais a polarização torna-se um problema crítico no desenvolvimento de fontes de fótons quirais de alto desempenho.

Em um artigo publicado na Nature Electronics, a equipe de pesquisa de semicondutores da Universidade de Xiamen, liderada pelo professor Junyong Kang, pelo professor Rong Zhang e pelo professor Yaping Wu, juntamente com outros grupos do Japão, China e Suécia, propôs uma nova estratégia de regulação orbital. proteção de spin topológico, quebrando o gargalo na estabilidade de redes meron topológicas de grande área à temperatura ambiente e sob campo magnético zero. Eles ainda usaram as redes topológicas para manipular com eficácia e sucesso o momento angular de spin de elétrons e fótons e desenvolveram um diodo emissor de luz de spin topológico pela primeira vez. Esta conquista realizou a transferência de quiralidade de quasipartículas topologicamente protegidas para férmions e posteriormente para bósons, abrindo um novo caminho para a manipulação e transmissão de estados quânticos. Xuefeng Wu, Xu Li e Wenyu Kang são os co-autores deste artigo.

1.Cconstruindo topologia em grande escalahátreliças

A topologia é um conceito importante em muitos campos, incluindo matemática, física, química. As estruturas topológicas de spin, como skyrmions e merons, possuem maior estabilidade do que os materiais eletrônicos convencionais devido às suas características únicas de proteção topológica. A introdução de estados próprios topológicos em fontes de fótons polarizados tornou-se uma solução viável para romper o gargalo de estabilidade em materiais polarizados. No entanto, as estruturas topológicas de spin existentes têm restrições na escala da rede, ordenação e requisitos de temperatura ou campo magnético, que não podem atender às necessidades das aplicações de dispositivos.

A equipe propôs um novo princípio de proteção topológica regulada por orbitais no spin do elétron. Com base na simulação teórica, a equipe provou que a aplicação de um forte campo magnético durante o crescimento do cristal poderia melhorar e congelar o acoplamento orbital, melhorando assim o ordenamento cristalino e induzindo fortes interações de Dzyaloshinsky Moriya. Estas mudanças facilitarão a nucleação de redes topológicas em larga escala e superarão seus problemas de estabilidade à temperatura ambiente e sob campos externos zero.

Sob a orientação desta ideia inovadora, a equipe projetou e construiu um equipamento de epitaxia por feixe molecular assistido por alto campo magnético, que mais tarde foi patenteado na China e nos Estados Unidos. Após uma seleção sistemática de materiais, redes meron topológicas ordenadas em larga escala e de longo alcance foram cultivadas com sucesso no substrato semicondutor de banda larga. As redes têm alta estabilidade à temperatura ambiente e sob campo magnético zero, estabelecendo uma base sólida para o desenvolvimento posterior da fonte de luz topológica de estado sólido.