Учёные из Университета Юты создали гетероструктуру, динамически изменяющую свойства света — важный шаг к оптическим компьютерам

Ученые из Университета Юты представили передовую программируемую гетероструктуру — многослойный материал, который может активно управлять поляризацией света. Разработка объединяет выровненные углеродные нанотрубки (УНТ) и материалы с фазовым переходом (МФИ), такие как германий-сурьма-теллур (GST). Это знаменательный шаг к созданию оптических компьютеров, где информация обрабатывается светом вместо электричества.

Устройство использует свойство света, известное как «хиральность», — способность электромагнитных волн закручиваться влево (левоциркулярная поляризация) или вправо (правоциркулярная поляризация). По словам ведущего исследователя Вэйлу Гао, традиционные материалы для управления этим свойством были «как резной камень: фиксированные и не поддающиеся перепрограммированию». Новая гетероструктура решает эту проблему: слой УНТ служит одновременно оптическим элементом и электродом, а слой МФИ меняет свои характеристики под воздействием электрических импульсов.

Мы создали «живую» оптическую материю. Нагрев нанотрубок инициирует фазовый переход, что приводит к изменению поглощения света с различной круговой поляризацией. Этот процесс позволяет настраивать «закрученность» света без механической перестройки компонентов.

подчёркивает аспирант Цзичао Фань

Одним из значительных достижений стала возможность создания гетероструктур, охватывающих всю пластину — основу для микрочипов. УНТ-слои формируются самосборкой, а МФИ-плёнки наносятся посредством напыления. Проектирование структуры осуществлялось с использованием алгоритмов машинного обучения, включая байесовскую оптимизацию, что позволило определить оптимальные параметры слоев.

Гетероструктура обеспечивает два типа световых откликов. Изотропный (CDiso) проявляется одинаково при любом повороте материала — например, как постоянный узор, видимый под различными углами. Нереципрокный (LDLB) меняется (например, с + на -) при изменении направления светового луча. Комбинация этих свойств позволяет кодировать информацию не только в яркости или длине волны света, но и в его «закрученности», увеличивая плотность передачи данных.

Эта технология может стать основой для нейроморфных процессоров — систем, имитирующих работу мозга с помощью параллельной обработки световых сигналов. Другие перспективы включают в себя компактные биосенсоры для медицинской диагностики и квантовые коммуникационные устройства, где хиральность света используется для защиты данных. Университет Юты уже запатентовал метод интеграции гетероструктур в микроэлектронные производственные линии. Следующим шагом станет создание прототипа оптического чипа.

Источник: iXBT