【產通社，6月19日訊】光纜能以光速傳輸信息。但是，用這些數(shù)據(jù)進行計算，而不將其轉換成電信號，這需要大量新的光學元件。猶他大學（the University of Utah）的研究人員開發(fā)了一種可編程的手性異質結構，使計算機使用光而不是電脈沖來存儲和處理信息。該設備可以動態(tài)操縱光的圓偏振，允許實時調整圓偏振度，以實現(xiàn)更高效的光學計算。

領導這項研究的高偉路（Weilu Gao）教授說，“傳統(tǒng)的手征光學就像雕刻的石頭——美麗卻冰冷。這使得它們不適用于需要實時控制的應用，如可重構光學計算或自適應傳感器�！�

手性異質結構包括堆疊的1D碳納米管和由鍺-銻-碲(GST)制成的相變材料。一旦組裝，這些層可以根據(jù)相變材料層的狀態(tài)選擇性地減少穿過它們的左旋或右旋圓偏振光的量。

碳納米管既作為產生手性響應的層，又作為電編程相變材料的焦耳加熱電極。“碳納米管同時充當手性光學元件和相變材料開關的透明電極，消除了對單獨控制組件的需要，”研究員范紀超（Jichao Fan）說。

沿著碳納米管層的電脈沖引入熱量，這導致相變材料層的內部結構從非晶態(tài)轉變?yōu)榫B(tài)。這種變化改變了異質結構的圓二色性，使該結構能夠吸收不同強度、不同類型的圓偏振光。研究人員可以通過改變異質結構的圓二色性來控制圓偏振光的扭曲方向。因為電脈沖可以引發(fā)相變，所以異質結構的圓二色性可以實時調整。

高教授說，“通過添加圓二色性作為一個獨立參數(shù)，我們創(chuàng)建了一個正交的信息通道，調整它不會干擾振幅或波長等其他屬性�！币虼�，光可以用于數(shù)據(jù)編碼和存儲，而光的其他特性可以并行使用。

研究人員還開發(fā)了一種基于高性能機器學習框架的軟件基礎設施，包括可微分編程和無導數(shù)優(yōu)化，以優(yōu)化異質結構中圓二色響應的可調諧性。他們使用先進的制造技術和人工智能輔助設計來組裝異質結構的堆疊層，而不會降低單個層的光學特性。他們使用可擴展的制造技術來制造納米管和相變材料薄膜，以允許在晶片規(guī)模上建立異質結構。

不同的1D納米材料、相變材料和電光材料可以與異質結構一起使用，以探索各種手征現(xiàn)象并開發(fā)光子和光電器件。手性光學異質結構可以作為光學計算系統(tǒng)的多功能、可重新配置的組件，并可以用于開發(fā)高性能器件，如量子光發(fā)射器。

范紀超說，“由于對齊碳納米管相變材料異質結構將光操縱和記憶合并到一個可擴展的平臺中，我們已經創(chuàng)造了隨電脈沖演化的‘活’光學物質，”范說。

查詢進一步信息，請訪問官方網(wǎng)站http://attheu.utah.edu/science-technology/new-chiral-photonic-device-combines-light-manipulation-with-memory，以及http://www.doi.org/10.1002/adma.202418957。（Robin Zhang，產通數(shù)造）