اسرائیل مربوط، قابل کنٹرول ایٹمی پیمانے پر اسپن آپٹک لیزر بناتا ہے۔

حال ہی میں، Technion-Israel Institute of Technology (TI) کے محققین tungsten disulfide (WS2) کی واحد ایٹم پرت پر مبنی مربوط اور قابل کنٹرول اسپن آپٹک لیزر بنا کر اسپن آپٹک لیزرز کے میدان کی حدود کو آگے بڑھا رہے ہیں۔
اسپن آپٹیکل لیزرز میں ان کی پیشرفت الیکٹران اور فوٹوون اسپنز کو استعمال کرکے بنیادی تحقیق اور آپٹو الیکٹرانک آلات کے لیے نئے افق کھول رہی ہے۔
تحقیق کی قیادت کرنے والے پوسٹ ڈاکٹریٹ اسکالر کیکسیو رونگ نے کہا، "2018 میں، ہم دو جہتی (2D) مواد میں وادی کے سیوڈو اسپنز سے متوجہ ہوئے، جو کہ الیکٹران چارج جیسی معلومات کے معروف متبادل کیریئر سمجھے جاتے ہیں۔ اور گھماؤ، اور انہیں وادی الیکٹرانک آلات کی اگلی نسل کے لیے وسیع پیمانے پر تلاش کیا جا رہا ہے۔"
اٹامک اسکیل فوٹوونکس کی لیبارٹری، ٹیکنین-اسرائیل انسٹی ٹیوٹ آف ٹیکنالوجی (TI) اور تل ابیب یونیورسٹی کی لیبارٹری آف نینو الیکٹرانک میٹریلز اینڈ ڈیوائسز کے ساتھیوں کے ایک بڑے گروپ کے ساتھ تعاون طے پایا۔
ویلیٹرونکس، جس میں الیکٹران دو الگ الگ الیکٹرانک وادیوں کے ساتھ لہروں کی شکل میں دو جہتی سیمی کنڈکٹر کی جالی سے گزرتے ہیں، کوانٹم کمپیوٹنگ کے لیے ایک امید افزا میدان ہے۔ پرجوش الیکٹران ایک وادی میں جمع ہوتے ہیں اور ایک ویلی انڈیکس (-K′ یا K′) حاصل کرتے ہیں، جسے معلومات کو انکوڈ کرنے کے لیے 1 یا 0 کی نمائندگی کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
اسپن آپٹک لیزر
سپن آپٹیکل لیزرز فوٹون موڈز (کسی گہا کے اندرونی موڈ) اور الیکٹران لیپس (گین میٹریل سے اخراج) کو یکجا کرتے ہیں، جو الیکٹران اور فوٹان کے درمیان اسپن کی معلومات کے تبادلے کو دریافت کرنے اور جدید آپٹو الیکٹرانک آلات تیار کرنے کا ایک طریقہ فراہم کرتے ہیں۔
رونگ نے کہا، "اعلی معیار کے فوٹوونک اسپن اسپلٹنگ موڈز حاصل کرنے کے لیے، ہم نے مختلف ہم آہنگی خصوصیات کے ساتھ فوٹوونک اسپن جالیوں کی تعمیر کی، جو ایک اینٹی اسیمیٹرک کور اور ایک اینٹی سمی میٹرک کلیڈنگ کو WS2 monolayer کے ساتھ مربوط کرتے ہیں تاکہ ٹرانسورسی طور پر محدود اسپن ویلی ریاستیں بنائیں،" رونگ نے کہا، انہوں نے مزید کہا کہ "دونوں جالییں آرڈر شدہ الیکٹرانک اسپن جالیوں کے فوٹوونک اینالاگ ہیں جو انیسوٹروپک اور نان یونیفارم نانو اسٹرکچرز کے ذریعہ بنائے گئے ہیں۔"
نوٹ: سپن ویلی آپٹیکل مائیکرو کیویٹی ایک اینٹی اسیمیٹرک (پیلا کور ریجن) اور اینٹی سیمیٹرک (سبز نیلے کلیڈنگ ریجن) فوٹوونک اسپن جالی کا مجموعہ ہے۔ راشبا قسم کی سپن صوتی حالتوں کی مسلسل درمیانے درجے میں تقسیم انتخابی طور پر اور بعد میں ابھرتی ہوئی فوٹوونک اسپن ویلی ریاستوں کو بنیادی کے اندر ہائی کیو گونج کی ابھرتی ہوئی ریاستوں کو محدود کر سکتی ہے۔ مربوط طور پر قابل کنٹرول اسپن پولرائزڈ لیزرز (سرخ اور نیلے رنگ کے بیم) ٹنگسٹن ڈسلفائیڈ میں وادی کے جوش سے تیار ہوتے ہیں۔
بنیادی معکوس غیر متناسب جالی کی دو اہم خصوصیات ہیں: پہلی، اس میں ایک قابل کنٹرول اسپن پر منحصر معکوس آسان جالی ویکٹر ہے جس کی وجہ اس کی غیر یکساں انیسوٹروپک نینو پورس کی ساخت ہے جس میں مقامی طور پر مختلف ہندسی مراحل ہیں۔ یہ ویکٹر ایک اسپن-سادہ بینڈ کو رفتار کی جگہ میں دو اسپن پولرائزڈ شاخوں میں تقسیم کرتا ہے، یعنی فوٹوونک راشبا اثر۔
دوسرا، اعلیٰ معیار کی ہم آہنگی (اردو) پابند ریاستوں کا ایک جوڑا، یا ±K (Brillouin زون زاویہ) فوٹوونک اسپن ویلی ریاستیں، اسپن-تقسیم شاخوں کے بینڈ کناروں پر حاصل کی جاتی ہیں۔ یہ دو سپن سپلٹ ریاستیں تسلسل میں "باؤنڈ سٹیٹس" ہیں کیونکہ وہ اپنے قریب اور باہر کے پھیلاؤ والے شعبوں کے درمیان ہم آہنگی کی عدم مطابقت کی وجہ سے خلا میں بہت زیادہ محدود ہیں۔ یہ دونوں ریاستیں مساوی طول و عرض کی ریاستوں کی ایک مربوط سپرپوزیشن تشکیل دیتی ہیں۔
پروفیسر ایلاد کورین، نینو الیکٹرانک میٹریلز اینڈ ڈیولپمنٹ لیبارٹری کے سربراہ نے کہا، "اسپن پر قابو پانے کے قابل الیکٹران لیپس حاصل کرنے کے لیے، ہم نے WS2 monolayer کو ایک گین میٹریل کے طور پر استعمال کیا، کیونکہ اس ڈائریکٹ بینڈ گیپ ٹرانزیشن میٹل ڈسلفائیڈ میں ایک منفرد ویلی سیوڈو اسپن ہے، جس کی وسیع پیمانے پر وادی الیکٹران کے متبادل معلوماتی کیریئر کے طور پر تحقیق کی گئی ہے۔"
ٹیم کے کام سے ایک اہم فائدہ یہ ہے کہ فوٹوونک طریقوں کے ڈیزائن اور مونولیئر گین میٹریل کے انتخاب پر توجہ مرکوز کرتے ہوئے، انہوں نے مقناطیسی میدان کی عدم موجودگی اور کمرے میں مربوط روشنی کے ذرائع سے اسپن کی سادگی کو ہٹانے کے چیلنج کو حل کیا ہے۔ درجہ حرارت
ٹیم کے کام کا شاید سب سے حیران کن پہلو یہ ہے کہ یہ monolayer lasers کی بناوٹ سے بہت آگے جاتا ہے، Hasman نے کہا، "ہمارا لیزنگ میکانزم WS2 monolayer کے اندر طویل عرصے سے مطلوب وادی کے ہم آہنگی کی طرف لے جاتا ہے، بغیر کرائیوجینک کے، اور لیزر کی شدت کے ساتھ۔ مختلف پمپ پولرائزیشن کے ذریعہ مقامی ہم آہنگی کو کنٹرول کیا جاتا ہے۔"
ٹیم کے لیزنگ میکانزم نے نظام کی کم از کم نقصان کی حالت کو تلاش کرنے کے لیے ±K ویلی ایکزٹون کو نکالا، جس نے انہیں ±K اسپن ویلی ریاستوں کے مخالف ہندسی مراحل کی بنیاد پر تالے کے ارتباط کو دوبارہ قائم کرنے کی اجازت دی۔
"یہ لیزر میکانزم سے چلنے والی وادی کی ہم آہنگی بین وادی کے بکھرنے کے کم درجہ حرارت کو دبانے کی ضرورت کو ختم کرتی ہے،" ہاسمان نے مزید کہا، "اس کے علاوہ، راشبا مونولیئر کی کم سے کم نقصان کی حالت کو لکیری (سرکلر) کے ذریعے مطمئن (خراب) کرنے کے لیے بنایا جا سکتا ہے۔ ) پمپ پولرائزیشن، جو لیزر کی شدت کو کنٹرول کرنے کا ایک ذریعہ فراہم کرتا ہے اور مقامی ہم آہنگی لیزر کی شدت اور مقامی ہم آہنگی کو کنٹرول کرنے کا ایک طریقہ فراہم کرتا ہے۔"