_ Stocarea informațiilor cu rotiri: crearea noi stări de spin structurate cu lumină polarizată structurată spațial

Lumina este compusă din câmpuri electrice și magnetice care oscilează perpendicular unul pe celălalt. Când aceste oscilații sunt limitate, să zicem, de-a lungul unui plan, rezultă lumină polarizată. Lumina polarizată este de mare importanță în comunicațiile optice și poate revoluționa în mod similar modul în care sunt stocate informațiile.

Dispozitivele electronice actuale stochează informații sub formă de încărcare electronică. Cu toate acestea, spinul - o proprietate cuantică unică a electronilor - oferă o alternativă. Rotirea poate fi controlată folosind lumină polarizată pentru a stoca informații. Un fascicul de lumină polarizat interacționează cu spinurile de electroni într-un semiconductor pentru a genera electroni polarizați de spin, adică spini aliniați de-a lungul unei direcții specifice. Până acum, doar lumina polarizată uniform, adică lumina cu o polarizare uniformă spațial, a fost exploatată pentru a controla spinurile electronilor. Totuși, dacă polarizarea are o structură spațială suplimentară (variație), ea poate produce spinuri de electroni structurate spațial, deschizând noi modalități de stocare a informațiilor.

În acest scop, un grup de cercetători, condus de Junior Associate Profesorul Jun Ishihara de la și inclusiv studentul absolvent Takachika Mori, studentul absolvent (la momentul cercetării) Takuya Suzuki și profesorul Kensuke Miyajima de la Universitatea de Științe din Tokyo (TUS), Japonia, au conceput acum o metodă pentru generarea unor astfel de electroni structurați spațial. se rotește folosind o lumină structurată cu profil de polarizare care variază spațial. Studiul, publicat în revista Physical Review Letters, a fost realizat în colaborare cu grupuri de cercetare de la Universitatea Chiba, Universitatea Tohoku și Universitatea Tsukuba din Japonia.

„În această lucrare, am generat un structurat în formă de gogoașă. lumină – un fascicul de vortex optic vectorial cu un moment unghiular orbital (OAM) – dintr-un fascicul Gaussian de bază folosind dispozitive cu plăci cu jumătate de undă și cu un sfert de undă. Apoi am folosit acest fascicul pentru a excita spinurile electronilor limitate într-o arseniură de galiu/ bine cuantic semiconductor de arseniură de aluminiu de galiu. Aceste rotiri, la rândul lor, au format o structură spațială elicoidală într-un cerc", explică dr. Ishihara.

Interesant, în timp ce fasciculul cu un număr OAM egal cu unu a produs o elix. cu două perioade de rotație — în sus și în jos — în jurul cercului, un număr OAM de două a dus la o spirală cu patru astfel de modificări. Aceste observații au indicat că structura de polarizare spațială a vortexului optic, determinată de OAM, a fost transferată în spinurile electronilor din interiorul semiconductorului. În plus, s-a sugerat creșterea numărului OAM pentru a permite o capacitate mai mare de stocare a informațiilor, caracterizată printr-o rată mai mare de repetiție a spinării în jurul cercului.

Mai mult, cercetătorii au folosit câmpul magnetic eficient al interacțiunii spin-orbita care acționează asupra electronii se rotesc în puțul cuantic pentru a genera simultan două unde de spin cu faze opuse în direcția verticală folosind un singur fascicul. Acest lucru a sugerat că diferite stări de spin cu structuri spațiale ar putea fi produse prin exploatarea câmpurilor magnetice eficiente (o caracteristică a solidelor) alături de fascicule de lumină structurate.

Cu rezultate atât de interesante, cercetătorii discută perspectivele viitoare ale muncii lor. . „Conversia structurii de polarizare spațială a luminii într-o structură spațială de spin împreună cu generarea de noi structuri spațiale de spin în combinație cu câmpuri magnetice eficiente în solide sunt de așteptat să conducă la tehnologii elementare pentru conversia media cuantică de ordin superior și capacitatea de informare. îmbunătățire folosind texturi de spin”, spune dr. Ishihara.

(Fluierul)