Этот чип в стиле Джеймса Бонда стал ближе к реальности благодаря новой разработке наноматериала, разработанной Юбин Чжэн, профессором машиностроения, материаловедения и инженерии в инженерной школе Кокрелла. Его команда описала свои выводы в журнале Nano Letters 10 ноября.
«Молекулы в этом материале очень чувствительны к свету, поэтому мы можем использовать ультрафиолетовый свет или свет определенной длины волны для стирания или создания оптических компонентов», — сказал Чжэн. «Потенциально, мы могли бы встроить этот светодиод в чип и стереть его содержимое по беспроводной сети. Мы даже можем время, чтобы он исчез через определенный период времени».
Чтобы проверить свое новшество, исследователи использовали зеленый лазер для разработки волновода — структуры или туннеля, который направляет световые волны из одной точки в другую — на своем наноматериале. Затем они стерли волновод ультрафиолетовым светом и переписали его на том же материале с помощью зеленого лазера. Исследователи считают, что они первыми переписали волновод, который является важным фотонным компонентом и строительным блоком для интегральных схем, используя полностью оптическую технику.
Их главное достижение — это специально разработанный гибридный наноматериал, похожий на детскую игрушку Etch-A-Sketch — только материал использует свет и крошечные молекулы для рисования, удаления и перезаписи оптических компонентов. Инженеры и ученые заинтересованы в перезаписываемых компонентах, которые используют свет, а не электричество для передачи данных, потому что они обладают потенциалом для создания устройств более быстрых, компактных и более энергоэффективных, чем компоненты, сделанные из кремния.
Концепция перезаписываемой оптики, которая лежит в основе оптических запоминающих устройств, таких как компакт-диски и DVD-диски, активно разрабатывалась. Недостатком компакт-дисков, DVD-дисков и других современных перезаписываемых оптических компонентов является то, что они требуют громоздких автономных источников света, оптических носителей и детекторов света.Напротив, инновация UT Austin позволяет записывать, стирать и переписывать все, что происходит на двумерном (2-D) наноматериале, что открывает путь для наноразмерных оптических чипов и схем.
«Чтобы разработать перезаписываемые интегральные нанофотонные схемы, нужно иметь возможность ограничивать свет в пределах 2-мерной плоскости, где свет может перемещаться в плоскости на большое расстояние и произвольно управляться с точки зрения направления его распространения, амплитуды, частоты и фаза ", — сказал Чжэн. «Наш гибридный материал позволяет разрабатывать перезаписываемые интегральные нанофотонные схемы».Материал исследователей начинается с плазмонной поверхности, состоящей из наночастиц алюминия, поверх которых находится 280-нанометровый полимерный слой, содержащий молекулы, которые могут реагировать на свет. Из-за взаимодействия квантовой механики со светом молекулы могут либо стать прозрачными, позволяя световым волнам распространяться, либо они могут поглощать свет.
Еще одним преимуществом материала является то, что он может одновременно работать в двух режимах транспортировки света, называемых гибридным режимом. Режим диэлектрического волновода материала может направлять распространение света на большие расстояния, в то время как плазмонный режим может значительно усиливать световые сигналы в меньшем пространстве.«Гибридный режим использует преимущества как режима диэлектрического волновода, так и режима плазмонного резонанса и объединяет их вместе, обходя пределы каждого из них», — сказал Чжэн. «Мы реализовали полностью оптическое управление с помощью техники, называемой расщеплением Раби с фотопереключением, которое впервые может быть достигнуто в режиме гибридного плазмонного волновода».Интеграция между этими двумя модами значительно улучшает характеристики оптического резонатора в этом гибридном наноматериале, который отличается высоким коэффициентом качества и низкими оптическими потерями и, таким образом, максимизирует связь между молекулами и гибридной модой.
По словам Чжэна, существуют проблемы, которые необходимо решить, прежде чем можно будет разработать оптический чип или нанофотонную схему с использованием этого материала, в том числе оптимизировать молекулы для повышения стабильности перезаписываемых волноводов и их характеристик для оптической связи.