Дослідники з Університету Юти представили програмовану гетероструктуру – багатошаровий матеріал, здатний динамічно керувати поляризацією світла. Розробка поєднує вирівняні вуглецеві нанотрубки (УНТ) та матеріали зі зміною фази (МФІ), такі як германій-сурма-телур (GST). Це важливий крок створення оптичних комп’ютерів, де інформація обробляється світлом, а чи не електрикою.
Пристрій використовує властивість світла під назвою “хіральність” – здатність електромагнітних хвиль закручуватися вліво (лівоциркулярна поляризація) або праворуч (правоциркулярна поляризація). Традиційні матеріали для управління цією властивістю, за словами провідного автора Вейлу Гао, «нагадували різьблений камінь: статичні та непридатні для перепрограмування». Нова гетероструктура вирішує проблему: шар УНТ виступає одночасно як оптичний елемент та електрод, а МФІ-шар змінює свої властивості під впливом електричних імпульсів.
Ми створили «живу» оптичну матерію. Нагрівання нанотрубок перемикає фазу, що змінює поглинання світла з різною круговою поляризацією, каже аспірант Цзічао Фань
Ключовим досягненням стала можливість створення гетероструктур розміром із цілу пластину – підкладку мікрочіпів. УНТ-шари формуються методом самоскладання, а МФІ-плівки наносяться напиленням. Для проектування структури використовувалися алгоритми машинного навчання, включаючи оптимізацію Байєса, що дозволило підібрати оптимальні параметри шарів.
Гетероструктура створює два типи відгуків світ. Ізотропний (CDiso) проявляється однаково за будь-якого повороту матеріалу — наприклад, як візерунок, який видно під усіма кутами. Нереципрокний (LDLB) змінює знак (наприклад, з + на -) при зміні напрямку світлового променя. Комбінація цих властивостей дозволяє кодувати інформацію у яскравості чи довжині хвилі світла, а й у його «закрученості», підвищуючи щільність передачі.
Технологія може стати основою для нейроморфних процесорів – систем, що імітують роботу мозку шляхом паралельної обробки світлових сигналів. Інші перспективи включають компактні біосенсори для медичної діагностики та квантові комунікаційні пристрої, де хіральність світла використовується для захисту даних. Університет Юти вже запатентував метод інтеграції гетероструктур у мікроелектронні виробничі лінії. Наступний крок – створення прототипу оптичного чіпа. Джерело