Tão rápido quanto os eletrônicos modernos se tornaram, eles poderiam ser muito mais rápidos se suas operações fossem baseadas na luz, e não na eletricidade. Os cabos de fibra óptica já transportam informações sobre a velocidade da luz; Para fazer cálculos nessas informações sem traduzi -las de volta aos sinais elétricos, exigirá uma série de novos componentes ópticos.
Pesquisadores de engenharia da Universidade de Utah agora desenvolveram um dispositivo desse tipo – que pode ser ajustado em tempo actual para dar luz a diferentes graus de polarização round. Como as informações podem ser armazenadas em uma propriedade de luz conhecida como quiralidade, o dispositivo dos pesquisadores pode servir como um componente multifuncional e reconfigurável de um sistema de computação óptica.
Liderado por Weilu Gao, professor assistente do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação, e Jichao Fan, um Ph.D. Candidato em seu laboratório no John e Marcia Worth School of Engineering, um estudo demonstrando que o dispositivo foi publicado no diário Comunicações da natureza.
A luz quiral refere -se a ondas eletromagnéticas que exibem mão; Eles podem ser canhotos ou destros. Essa “mão” surge da rotação dos campos magnéticos à medida que a luz se propaga, criando uma estrutura espiral.
“A óptica quiral tradicional period como pedra esculpida – bonita, mas congelada”, disse Gao. “Isso os tornou não úteis para aplicações que exigem controle em tempo actual, como computação óptica reconfigurável ou sensores adaptativos”.
“Criamos a matéria óptica ‘viva’ que evolui com pulsos elétricos”, disse Fan, “graças à nossa heteroestrutura alinhada-fase-fase-fase-fase que mescla carbono-fase em uma única plataforma escalável”.
Essa “heteroestrutura” consiste em uma pilha de vários filmes finos diferentes, incluindo uma coleção de nanotubos de carbono alinhados com orientações diferentes. Outros filmes da pilha consistem em antimônio-de-tornúlio, um conhecido “materials de mudança de fase” ou PCM. Um pulso elétrico ao longo da camada de nanotubos de carbono introduz calor, o que, por sua vez, causa a estrutura interna da camada PCM para a transição de amorfo para cristalino.
“Os nanotubos de carbono atuam simultaneamente como elementos ópticos quirais e eletrodos transparentes para a comutação de PCM – eliminando a necessidade de componentes de controle separados”, disse Fan.
Criticamente, essa mudança modifica o dicroísmo round da heteroestrutura, o que significa que ela pode ser feita para absorver diferentes tipos de luz polarizada circularmente em diferentes forças. Os avanços da equipe de pesquisa em técnicas de fabricação e design assistido por inteligência synthetic permitiu que essas camadas fossem montadas em uma heteroestrutura empilhada sem degradar suas propriedades ópticas individuais.
Uma vez montados, as camadas reduzem seletivamente a quantidade de luz polarizada à esquerda ou à direita que passa por elas, dependendo do estado da camada PCM. E como essa mudança de fase pode ser iniciada por um pulso elétrico, o dicroísmo round geral da estrutura pode ser ajustado em tempo actual.
Os pesquisadores conseguiram conseguir isso na escala de bolacha, devido à fabricação escalável de nanotubos de carbono alinhados e filmes materiais de mudança de fase.
Ser capaz de modificar o dicroísmo round do dispositivo oferece aos pesquisadores controle de granulação fina sobre qual direção as torções de luz polarizadas circularmente, o que significa que sua “mão” pode ser usada como memória em um circuito óptico. Além da vantagem da velocidade da luz sobre a eletricidade, existem propriedades adicionais de luz nas quais as informações podem ser armazenadas em paralelo.
“Ao adicionar dicroísmo round como um parâmetro independente, criamos um canal de informações ortogonais”, disse Gao. “Ajustar não intrude em outras propriedades, como amplitude ou comprimento de onda”.
A pesquisa foi apoiada pela Nationwide Science Basis por meio de subsídios nº 2230727, nº 2235276, nº 2316627 e nº 2321366.
