Разработан материал, который динамически меняет свойства света — большой шаг к созданию оптических компьютеров

29.05.2025 21:30:00 | iXBT.com

Исследователи из Университета Юты представили программируемую гетероструктуру — многослойный материал, способный динамически управлять поляризацией света. Разработка объединяет выровненные углеродные нанотрубки (УНТ) и материалы с изменением фазы (МФИ), такие как германий-сурьма-теллур (GST). Это важный шаг к созданию оптических компьютеров, где информация обрабатывается светом, а не электричеством.

Устройство использует свойство света под названием «хиральность» — способность электромагнитных волн закручиваться влево (левоциркулярная поляризация) или вправо (правоциркулярная поляризация). Традиционные материалы для управления этим свойством, по словам ведущего автора Вэйлу Гао, «напоминали резной камень: статичные и непригодные для перепрограммирования». Новая гетероструктура решает проблему: слой УНТ выступает одновременно как оптический элемент и электрод, а МФИ-слой меняет свои свойства под воздействием электрических импульсов.

Иллюстрация: Leonardo

Мы создали «живую» оптическую материю. Нагрев нанотрубок переключает фазу, что изменяет поглощение света с разной круговой поляризацией. Этот процесс позволяет настраивать «закрученность» света без механической перестройки компонентов

говорит аспирант Цзичао Фань

Ключевым достижением стала возможность создания гетероструктур размером с целую пластину — подложку микрочипов. УНТ-слои формируются методом самосборки, а МФИ-плёнки наносятся напылением. Для проектирования структуры использовались алгоритмы машинного обучения, включая байесовскую оптимизацию, что позволило подобрать оптимальные параметры слоёв.

Гетероструктура создаёт два типа откликов на свет. Изотропный (CDiso) проявляется одинаково при любом повороте материала — например, как узор, который виден под всеми углами. Нереципрокный (LDLB) меняет «знак» (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», повышая плотность передачи данных.

Технология может стать основой для нейроморфных процессоров — систем, имитирующих работу мозга за счёт параллельной обработки световых сигналов. Другие перспективы включают 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. Следующий шаг — создание прототипа оптического чипа.

Подробнее