Un sur

Light Publishing Center, Institut d'optique, de mécanique fine et de physique de Changchun, CAS

image : Démonstration des réseaux de mérons construits à grande échelle par microscopie à force magnétique.Voir plus

Crédit : par Xuefeng Wu, Xu Li, Wenyu Kang, Xichao Zhang, Li Chen, Zhibai Zhong, Yan Zhou, Johan Åkerman, Yaping Wu, Rong Zhang et Junyong Kang

Le photon est l'une des particules élémentaires de la mécanique quantique. Une manipulation et une modulation efficaces des états quantiques constituent la pierre angulaire de diverses applications, telles que l’informatique quantique et la communication quantique sécurisée. La source de photons chiraux peut moduler in situ l'état quantique de la lumière au sein de la source lumineuse, ce qui est bénéfique pour l'intégration et la miniaturisation du dispositif. Par conséquent, la source de photons chiraux est considérée comme une source de lumière idéale en technologie quantique.

Les sources de photons chiraux existantes engagent généralement des matériaux polarisés en spin pour manipuler le moment cinétique de spin des électrons et des photons. Même un champ magnétique externe ou un environnement à basse température est généralement requis, la polarisation et la stabilité obtenues sont généralement médiocres et sensibles aux perturbations électromagnétiques. Supprimer les goulots d'étranglement ci-dessus et améliorer encore la polarisation deviennent un problème critique dans le développement de sources de photons chiraux hautes performances.

Dans un article publié dans Nature Electronics, l'équipe de recherche sur les semi-conducteurs de l'Université de Xiamen, dirigée par les professeurs Junyong Kang, Rong Zhang et Yaping Wu, ainsi que d'autres groupes du Japon, de Chine et de Suède, a proposé une nouvelle stratégie de régulation orbitale. protection de spin topologique, éliminant le goulot d'étranglement dans la stabilité des réseaux de mérons topologiques de grande surface à température ambiante et sous un champ magnétique nul. Ils ont en outre utilisé les réseaux topologiques pour manipuler efficacement et avec succès le moment cinétique de spin des électrons et des photons et ont développé pour la première fois une diode électroluminescente de spin topologique. Cette réalisation a permis le transfert de chiralité des quasiparticules topologiquement protégées vers les fermions, puis vers les bosons, ouvrant ainsi une nouvelle voie à la manipulation et à la transmission de l'état quantique. Xuefeng Wu, Xu Li et Wenyu Kang sont les co-premiers auteurs de cet article.

1.Cconstruction topologique à grande échelleil y atreillis

La topologie est un concept important dans de nombreux domaines, notamment les mathématiques, la physique et la chimie. Les structures de spin topologiques, telles que les skyrmions et les mérons, ont une stabilité supérieure à celle des matériaux électroniques conventionnels en raison de leurs caractéristiques de protection topologique uniques. L’introduction d’états propres topologiques dans les sources de photons polarisés est devenue une solution réalisable pour surmonter le goulot d’étranglement de stabilité dans les matériaux polarisés. Cependant, les structures de spin topologiques existantes ont des contraintes en termes d'échelle de réseau, d'ordre et d'exigences de température ou de champ magnétique, qui ne peuvent pas répondre aux besoins des applications de dispositifs.

L’équipe a proposé un nouveau principe de protection topologique régulée orbitalement dans le spin électronique. Sur la base de la simulation théorique, l'équipe a prouvé que l'application d'un champ magnétique puissant pendant la croissance cristalline pouvait améliorer et geler le couplage orbital, améliorant ainsi l'ordre cristallin et induisant de fortes interactions Dzyaloshinsky Moriya. Ces changements faciliteront la nucléation de réseaux topologiques à grande échelle et surmonteront leurs problèmes de stabilité à température ambiante et sous des champs externes nuls.

Sous la direction de cette idée innovante, l’équipe a conçu et construit un équipement d’épitaxie par faisceau moléculaire assisté par un champ magnétique élevé, qui a ensuite été breveté en Chine et aux États-Unis. Après une sélection systématique de matériaux, des réseaux de mérons topologiques ordonnés à grande échelle et à longue portée ont été développés avec succès sur le substrat semi-conducteur à large bande interdite. Les réseaux ont une stabilité élevée à température ambiante et sous un champ magnétique nul, établissant ainsi une base solide pour le développement ultérieur de la source lumineuse topologique à semi-conducteurs.