All-optical nonreciprocity due to valley polarization pumping in transition metal dichalcogenides.
All-optical nonreciprocity due to valley polarization pumping in transition metal dichalcogenides.
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DOI：
10.1038/s41467-021-24138-0
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发表时间：
2021-06-18
影响因子：
16.6
通讯作者：
Khanikaev AB
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Guddala S;Kawaguchi Y;Komissarenko F;Kiriushechkina S;Vakulenko A;Chen K;Alù A;M Menon V;Khanikaev AB
非互易性和非互易性光学器件通过强制光的单向传播在现代光子技术中起着至关重要的作用。在这里，我们展示了一个全光学方法的非互易性的基础上谷选择性响应过渡金属二硫属化物（TMD）。这种方法克服了磁性材料的限制，并且不需要外部磁场。我们提供了实验证据的光致非互易性单层WS2圆偏振光（CP）泵浦。非互易性源于谷选择性激子布居，引起CP泵浦场控制的非线性圆二色性。我们的实验结果表明，即使在室温下，尽管相当大的间隔散射显着的效果，显示出良好的潜力，在无磁非互易平台的实际应用。作为一个例子，在这里，我们提出了一种设备方案，实现基于通过氮化硅（SiN）环形谐振器集成的光偏置TMD单层的光隔离器。非互易性被认为是许多未来光学器件的有用特征。在这里，作者观察到的单层WS2，这是解释谷选择性响应的全光诱导的非互易二向色性。
Nonreciprocity and nonreciprocal optical devices play a vital role in modern photonic technologies by enforcing one-way propagation of light. Here, we demonstrate an all-optical approach to nonreciprocity based on valley-selective response in transition metal dichalcogenides (TMDs). This approach overcomes the limitations of magnetic materials and it does not require an external magnetic field. We provide experimental evidence of photoinduced nonreciprocity in a monolayer WS2 pumped by circularly polarized (CP) light. Nonreciprocity stems from valley-selective exciton population, giving rise to nonlinear circular dichroism controlled by CP pump fields. Our experimental results reveal a significant effect even at room temperature, despite considerable intervalley-scattering, showing promising potential for practical applications in magnetic-free nonreciprocal platforms. As an example, here we propose a device scheme to realize an optical isolator based on a pass-through silicon nitride (SiN) ring resonator integrating the optically biased TMD monolayer. Nonreciprocity is viewed as a useful feature for many future optical devices. Here, the authors observe all-optically-induced nonreciprocal dichroism in monolayer WS2, which is explained by valley-selective response.
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