Kiraalinen fotoninen rakenne ja muisti

Niin nopeaksi kuin nykyelektroniikka on tullutkin, se voisi olla paljon nopeampaa, jos sen toiminta perustuisi sähkön sijasta valoon. Kuituoptiset kaapelit kuljettavat jo nyt dataa valonnopeudella

Kuitenkin laskennan tekeminen valon informaation perusteella ilman sen muuntamista takaisin sähköisiksi signaaleiksi vaatii joukon uusia optisia komponentteja.

Utahin yliopiston tutkijat ovat nyt kehittäneet tällaisen laiterakenteen: sellaisen, jota voidaan säätää lennossa antamaan valolle eriasteista pyörivää polarisaatiota. Koska informaatiota voidaan tallentaa tähän valon kiraaliseen ominaisuuteen, tutkijoiden ratkaisu voisi toimia optisen laskentajärjestelmän monitoimisena, uudelleenkonfiguroitavana osana.

”Perinteinen kiraalinen optiikka oli kuin veistettyä kiveä – kaunista mutta jähmettynyttä”, Gao sanoo. ”Tämä tekee niistä käyttökelvottomia sovelluksissa, jotka vaativat reaaliaikaista ohjausta, kuten uudelleenkonfiguroitavissa optisessa laskennassa tai adaptiivisissa antureissa.”

”Olemme luoneet ’elävää’ optista ainetta, joka kehittyy sähköpulssien mukana”, Fan sanoo, ”kiitos linjattujen hiilinanoputkien faasimuutosmateriaalin heterorakenteen, joka yhdistää valon manipuloinnin ja muistin yhdeksi skaalautuvaksi alustaksi.”

Tämä ”heterostruktuuri” koostuu useiden erilaisten ohutkalvojen pinosta, mukaan lukien kokoelma eri suuntiin järjestettyjä hiilinanoputkia. Muut pinon kalvot koostuvat GST:stä, tunnetusta ”faasimuutosmateriaalista” eli PCM:stä. Hiilinanoputkikerroksen läpi kulkeva sähköpulssi tuo lämpöä, mikä puolestaan aiheuttaa PCM-kerroksen sisäisen rakenteen muuttumisen amorfisesta kiteiseksi.

”Hiilinanoputket toimivat samanaikaisesti kiraalisina optisina elementteinä ja läpinäkyvinä elektrodeina PCM-kytkentää varten, mikä poistaa erillisten ohjauskomponenttien tarpeen”, Fan sanoo.

Ratkaisevasti tämä muutos muokkaa heterostruktuurin ympyrädikroismia, mikä tarkoittaa, että se voidaan saada absorboimaan erityyppistä ympyräpolarisoitua valoa eri voimakkuuksilla.

Rakenteen ympyrädikroismin muokkaaminen antaa tutkijoille hienojakoisen hallinnan siitä, mihin suuntaan ympyräpolarisoitu valo kiertyy, mikä tarkoittaa, että sen "kätisyyttä" voidaan käyttää muistina optisessa piirissä. Valon nopeusedun lisäksi sähköön nähden on muitakin ominaisuuksia, joiden ansiosta informaatiota voidaan tallentaa rinnakkain.

”Lisäämällä ympyrädikroismin itsenäiseksi parametriksi luomme ortogonaalisen informaatiokanavan”, Gao sanoo. ”Sen säätäminen ei häiritse muita ominaisuuksia, kuten amplitudia tai aallonpituutta.”

Aiheesta aiemmin:

Terahertsivalon polarisaation nopeaa modulaatiota

Valo valtaa alaa magnetismissa

Polarisaatiota hyödyntävä fotoninen prosessori