ពិភពថ្មីនៃឧបករណ៍អុបតូអេឡិចត្រូនិច

ពិភពលោកថ្មីមួយរបស់ឧបករណ៍អុបតូអេឡិចត្រូនិច

ក្រុមអ្នកស្រាវជ្រាវនៅវិទ្យាស្ថានបច្ចេកវិទ្យា Technion-Israel បានបង្កើតការបង្វិលដែលគ្រប់គ្រងបានយ៉ាងស៊ីសង្វាក់គ្នាឡាស៊ែរអុបទិកផ្អែកលើស្រទាប់អាតូមតែមួយ។ ការរកឃើញនេះអាចធ្វើទៅបានដោយអន្តរកម្មដែលពឹងផ្អែកលើស្ពីនដែលស៊ីសង្វាក់គ្នារវាងស្រទាប់អាតូមតែមួយ និងបណ្តាញស្ពីនហ្វូតូនិចដែលមានកម្រិតផ្ដេក ដែលគាំទ្រដល់ជ្រលងភ្នំស្ពីន Q ខ្ពស់តាមរយៈការបំបែកស្ពីនប្រភេទ Rashaba នៃហ្វូតុងនៃស្ថានភាពចងនៅក្នុងចរន្ត។
លទ្ធផល​ដែល​បាន​បោះពុម្ពផ្សាយ​នៅក្នុង​ទស្សនាវដ្តី Nature Materials និង​បាន​គូសបញ្ជាក់​នៅក្នុង​សេចក្តីសង្ខេប​ស្រាវជ្រាវ​របស់ខ្លួន បាន​បើកផ្លូវ​សម្រាប់​ការសិក្សា​អំពី​បាតុភូត​ទាក់ទង​នឹង​ការបង្វិល​ដែល​ស៊ីសង្វាក់​គ្នា​នៅក្នុង​វិទ្យាសាស្ត្រ​បុរាណ និង​វិទ្យាសាស្ត្រ​បុរាណ​។ប្រព័ន្ធ​កង់ទិចនិងបើកផ្លូវថ្មីៗសម្រាប់ការស្រាវជ្រាវជាមូលដ្ឋាន និងការអនុវត្តនៃការបង្វិលអេឡិចត្រុង និងហ្វូតុងនៅក្នុងឧបករណ៍អុបតូអេឡិចត្រូនិច។ ប្រភពអុបទិកបង្វិលរួមបញ្ចូលគ្នានូវរបៀបហ្វូតុងជាមួយនឹងការផ្លាស់ប្តូរអេឡិចត្រុង ដែលផ្តល់នូវវិធីសាស្រ្តសម្រាប់សិក្សាពីការផ្លាស់ប្តូរព័ត៌មានបង្វិលរវាងអេឡិចត្រុង និងហ្វូតុង និងការអភិវឌ្ឍឧបករណ៍អុបតូអេឡិចត្រូនិចកម្រិតខ្ពស់។

មីក្រូប្រហោងអុបទិកនៃជ្រលងភ្នំ Spin ត្រូវបានបង្កើតឡើងដោយការភ្ជាប់បណ្តាញស្ពីនហ្វូតូនិកជាមួយនឹងអស៊ីមេទ្រីបញ្ច្រាស (តំបន់ស្នូលពណ៌លឿង) និងស៊ីមេទ្រីបញ្ច្រាស (តំបន់ស្រោបពណ៌ខៀវខ្ចី)។
ដើម្បីបង្កើតប្រភពទាំងនេះ តម្រូវការជាមុនគឺលុបបំបាត់ភាពមិនប្រក្រតីនៃការបង្វិលរវាងស្ថានភាពបង្វិលពីរផ្ទុយគ្នានៅក្នុងផ្នែកហ្វូតុង ឬអេឡិចត្រុង។ ជាធម្មតាវាត្រូវបានសម្រេចដោយការអនុវត្តដែនម៉ាញេទិកក្រោមឥទ្ធិពលហ្វារ៉ាដេយ ឬហ្ស៊ីម៉ាន ទោះបីជាវិធីសាស្ត្រទាំងនេះជាធម្មតាតម្រូវឱ្យមានដែនម៉ាញេទិកខ្លាំង ហើយមិនអាចបង្កើតប្រភពមីក្រូបានក៏ដោយ។ វិធីសាស្រ្តដ៏ជោគជ័យមួយទៀតគឺផ្អែកលើប្រព័ន្ធកាមេរ៉ាធរណីមាត្រដែលប្រើដែនម៉ាញេទិកសិប្បនិម្មិតដើម្បីបង្កើតស្ថានភាពបំបែកការបង្វិលនៃហ្វូតុងនៅក្នុងលំហសន្ទុះ។
ជាអកុសល ការសង្កេតពីមុនអំពីស្ថានភាពបំបែកការបង្វិលបានពឹងផ្អែកយ៉ាងខ្លាំងទៅលើរបៀបសាយភាយកត្តាម៉ាស់ទាប ដែលដាក់កម្រិតអវិជ្ជមានលើភាពស៊ីសង្វាក់គ្នាខាងលំហ និងពេលវេលានៃប្រភព។ វិធីសាស្រ្តនេះក៏ត្រូវបានរារាំងដោយលក្ខណៈដែលគ្រប់គ្រងដោយការបង្វិលនៃសម្ភារៈទទួលបានឡាស៊ែរប្លុក ដែលមិនអាច ឬមិនអាចប្រើដើម្បីគ្រប់គ្រងយ៉ាងសកម្មបានយ៉ាងងាយស្រួល។ប្រភពពន្លឺជាពិសេសក្នុងករណីដែលគ្មានដែនម៉ាញេទិកនៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់។
ដើម្បីសម្រេចបាននូវស្ថានភាពបំបែកស្ពីនដែលមាន Q ខ្ពស់ អ្នកស្រាវជ្រាវបានបង្កើតបណ្តាញស្ពីនហ្វូតូនិកដែលមានស៊ីមេទ្រីខុសៗគ្នា រួមទាំងស្នូលដែលមានភាពមិនស៊ីមេទ្រីបញ្ច្រាស និងស្រោមសំបុត្រស៊ីមេទ្រីបញ្ច្រាសដែលរួមបញ្ចូលជាមួយស្រទាប់តែមួយ WS2 ដើម្បីបង្កើតជ្រលងស្ពីនដែលមានកម្រិតទៅចំហៀង។ បណ្តាញស្ពីនអសមមាត្របញ្ច្រាសមូលដ្ឋានដែលប្រើដោយអ្នកស្រាវជ្រាវមានលក្ខណៈសម្បត្តិសំខាន់ពីរ។
វ៉ិចទ័រ​ឡាទីក​ទៅវិញទៅមក​ដែលពឹងផ្អែកលើ​ការបង្វិល​ដែលអាចគ្រប់គ្រងបាន ដែលបណ្តាលមកពីការប្រែប្រួលលំហដំណាក់កាលធរណីមាត្រនៃណាណូប៉ូរ៉ូសអានីសូត្រូពិចចម្រុះដែលផ្សំឡើងពីពួកវា។ វ៉ិចទ័រនេះបំបែកក្រុមរិចរិលការបង្វិលទៅជាមែកឈើដែលមានប៉ូលពីរនៅក្នុងលំហសន្ទុះ ដែលត្រូវបានគេស្គាល់ថាជាឥទ្ធិពលហ្វូតូនិក Rushberg។
ស្ថានភាពចងភ្ជាប់ Q ខ្ពស់ (ស្ទើរតែ) មួយគូនៅក្នុងសារធាតុបន្ត គឺជ្រលងភ្នំស្ពីងហ្វូតុង ±K (មុំក្រុម Brillouin) នៅគែមនៃមែកឈើដែលបំបែកស្ពីង បង្កើតបានជាស្រទាប់ត្រួតស៊ីគ្នានៃទំហំស្មើគ្នា។
សាស្ត្រាចារ្យ Koren បានកត់សម្គាល់ថា “យើងបានប្រើម៉ូណូលីត WS2 ជាសម្ភារៈបង្កើនថាមពល ពីព្រោះឌីស៊ុលហ្វីតលោហៈអន្តរកាលដែលមានចន្លោះប្រហោងក្រុមដោយផ្ទាល់នេះមានការបង្វិលជ្រលងភ្នំក្លែងក្លាយតែមួយគត់ ហើយត្រូវបានសិក្សាយ៉ាងទូលំទូលាយជាឧបករណ៍ផ្ទុកព័ត៌មានជំនួសនៅក្នុងអេឡិចត្រុងជ្រលងភ្នំ។ ជាពិសេស អ៊ិចស៊ីតុងជ្រលងភ្នំ ±K របស់ពួកវា (ដែលបញ្ចេញក្នុងទម្រង់ជាឧបករណ៍បញ្ចេញឌីប៉ូលដែលមានប៉ូលបង្វិលរាបស្មើ) អាចត្រូវបានរំភើបដោយជ្រើសរើសដោយពន្លឺដែលមានប៉ូលបង្វិល យោងទៅតាមច្បាប់ជ្រើសរើសការប្រៀបធៀបជ្រលងភ្នំ ដោយហេតុនេះគ្រប់គ្រងការបង្វិលសេរីម៉ាញេទិកយ៉ាងសកម្ម។”ប្រភពអុបទិក.
នៅក្នុងមីក្រូប្រហោងជ្រលងភ្នំបង្វិលរួមបញ្ចូលគ្នាតែមួយស្រទាប់ អ៊ិចស៊ីតុងជ្រលងភ្នំ ±K ត្រូវបានភ្ជាប់ទៅនឹងស្ថានភាពជ្រលងភ្នំបង្វិល ±K ដោយការផ្គូផ្គងប៉ូឡារីសេ ហើយឡាស៊ែរអ៊ិចស៊ីតុងបង្វិលនៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ត្រូវបានសម្រេចដោយមតិប្រតិកម្មពន្លឺខ្លាំង។ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះឡាស៊ែរយន្តការនេះជំរុញអ៊ិចស៊ីតុងជ្រលងភ្នំ ±K ដែលមិនអាស្រ័យលើដំណាក់កាលដំបូង ដើម្បីស្វែងរកស្ថានភាពបាត់បង់អប្បបរមានៃប្រព័ន្ធ និងបង្កើតឡើងវិញនូវសហសម្ព័ន្ធចាក់សោរដោយផ្អែកលើដំណាក់កាលធរណីមាត្រទល់មុខជ្រលងភ្នំបង្វិល ±K។
ភាពស៊ីសង្វាក់គ្នានៃជ្រលងភ្នំដែលជំរុញដោយយន្តការឡាស៊ែរនេះលុបបំបាត់តម្រូវការសម្រាប់ការបង្ក្រាបការខ្ចាត់ខ្ចាយមិនទៀងទាត់នៅសីតុណ្ហភាពទាប។ លើសពីនេះ ស្ថានភាពបាត់បង់អប្បបរមានៃឡាស៊ែរស្រទាប់តែមួយ Rashba អាចត្រូវបានកែប្រែដោយប៉ូឡារីសេសិនបូមលីនេអ៊ែរ (រង្វង់) ដែលផ្តល់នូវមធ្យោបាយមួយដើម្បីគ្រប់គ្រងអាំងតង់ស៊ីតេឡាស៊ែរ និងភាពស៊ីសង្វាក់គ្នានៃលំហ។
សាស្ត្រាចារ្យ Hasman ពន្យល់ថា “ការបង្ហាញហ្វូតូនិកឥទ្ធិពល Rashba របស់ Spin Valley ផ្តល់នូវយន្តការទូទៅសម្រាប់ការបង្កើតប្រភពអុបទិក Spin ដែលបញ្ចេញផ្ទៃ។ ភាពស៊ីសង្វាក់គ្នានៃ Valley ដែលបានបង្ហាញនៅក្នុងមីក្រូ Cavity Spin Valley រួមបញ្ចូលគ្នាតែមួយស្រទាប់ នាំយើងឱ្យខិតទៅជិតមួយជំហានទៀតក្នុងការសម្រេចបាននូវការជាប់គាំងព័ត៌មានកង់ទិចរវាងអ៊ិចស៊ីតុងនៃ Valley ±K តាមរយៈ Qubits។
អស់រយៈពេលជាយូរមកហើយ ក្រុមការងាររបស់យើងបានអភិវឌ្ឍអុបទិកស្ពីន ដោយប្រើស្ពីនហ្វូតុងជាឧបករណ៍ដ៏មានប្រសិទ្ធភាពសម្រាប់គ្រប់គ្រងឥរិយាបថនៃរលកអេឡិចត្រូម៉ាញ៉េទិច។ នៅឆ្នាំ ២០១៨ ដោយមានការចាប់អារម្មណ៍យ៉ាងខ្លាំងចំពោះការស្ពីនជ្រលងភ្នំក្លែងក្លាយនៅក្នុងវត្ថុធាតុពីរវិមាត្រ យើងបានចាប់ផ្តើមគម្រោងរយៈពេលវែងមួយដើម្បីស៊ើបអង្កេតការគ្រប់គ្រងសកម្មនៃប្រភពអុបទិកស្ពីនមាត្រដ្ឋានអាតូមិចក្នុងករណីដែលគ្មានដែនម៉ាញ៉េទិច។ យើងប្រើគំរូពិការភាពដំណាក់កាល Berry ដែលមិនមែនជាមូលដ្ឋានដើម្បីដោះស្រាយបញ្ហានៃការទទួលបានដំណាក់កាលធរណីមាត្រដែលស៊ីសង្វាក់គ្នាពីអ៊ិចស៊ីតុងជ្រលងភ្នំតែមួយ។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដោយសារតែខ្វះយន្តការធ្វើសមកាលកម្មដ៏រឹងមាំរវាងអ៊ិចស៊ីតុង ការជាន់គ្នាជាមូលដ្ឋាននៃអ៊ិចស៊ីតុងជ្រលងភ្នំច្រើននៅក្នុងប្រភពពន្លឺស្រទាប់តែមួយរបស់រ៉ាស៊ូបា ដែលសម្រេចបាននៅតែមិនទាន់ដោះស្រាយនៅឡើយ។ បញ្ហានេះជម្រុញឱ្យយើងគិតអំពីគំរូរ៉ាស៊ូបានៃហ្វូតុង Q ខ្ពស់។ បន្ទាប់ពីការច្នៃប្រឌិតវិធីសាស្រ្តរូបវន្តថ្មីៗ យើងបានអនុវត្តឡាស៊ែរស្រទាប់តែមួយរបស់រ៉ាស៊ូបា ដែលបានពិពណ៌នានៅក្នុងឯកសារនេះ។
សមិទ្ធផលនេះបើកផ្លូវសម្រាប់ការសិក្សាអំពីបាតុភូតសហសម្ព័ន្ធស្ពីនដែលស៊ីសង្វាក់គ្នានៅក្នុងវិស័យបុរាណ និងវិស័យកង់ទិច ហើយបើកផ្លូវថ្មីមួយសម្រាប់ការស្រាវជ្រាវជាមូលដ្ឋាន និងការប្រើប្រាស់ឧបករណ៍អុបតូអេឡិចត្រូនិចស្ពីនត្រូនិក និងហ្វូតូនិក។