Nyt materiale kan føre til optiske chips, der kan slettes og omskrives

En militær drone, der flyver på en rekognosceringsmission, bliver fanget bag fjendens linjer, sætte gang i et team af ingeniører, der skal fjernslette følsomme oplysninger, der er båret på dronens chips. Fordi chipsene er optiske og ikke elektroniske, ingeniørerne kan nu blot blinke en stråle af UV-lys på chippen for øjeblikkeligt at slette alt indhold. Katastrofe afværget.

Denne James Bond-agtige chip er tættere på virkeligheden på grund af en ny udvikling i et nanomateriale udviklet af Yuebing Zheng, en professor i maskinteknik og materialevidenskab og teknik i Cockrell School of Engineering. Hans team beskrev sine resultater i journalen Nano bogstaver den 10. nov.

"Molekylerne i dette materiale er meget følsomme over for lys, så vi kan bruge et UV-lys eller specifikke lysbølgelængder til at slette eller skabe optiske komponenter, " sagde Zheng. "Potentielt, vi kunne inkorporere denne LED i chippen og slette dens indhold trådløst. Vi kunne endda time det til at forsvinde efter en vis periode."

For at teste deres innovation, forskerne brugte en grøn laser til at udvikle en bølgeleder - en struktur eller tunnel, der leder lysbølger fra et punkt til et andet - på deres nanomateriale. De slettede derefter bølgelederen med et UV-lys, og omskrev det på det samme materiale ved hjælp af den grønne laser. Forskerne mener, at de er de første til at omskrive en bølgeleder, som er en afgørende fotonisk komponent og en byggesten for integrerede kredsløb, ved hjælp af en helt optisk teknik.

Deres vigtigste fremskridt er et specielt designet hybrid nanomateriale, der er beslægtet med et barns Etch-A-Sketch-legetøj - kun materialet er afhængigt af lette og små molekyler til at tegne, slette og genskrive optiske komponenter. Ingeniører og videnskabsmænd er interesserede i omskrivbare komponenter, der bruger lys frem for elektricitet til at transportere data, fordi de har potentiale til at gøre enheder hurtigere, mindre og mere energieffektive end komponenter fremstillet af silicium.

Begrebet omskrivbar optik, som understøtter optiske lagerenheder såsom cd'er og dvd'er, er blevet forfulgt intenst. Ulempen ved cd'er, DVD'er og andre state-of-the-art omskrivbare optiske komponenter er, at de kræver voluminøse, enkeltstående lyskilder, optiske medier og lysdetektorer.

I modsætning, UT Austin innovationen giver mulighed for at skrive, sletning og omskrivning til alt sker på det todimensionelle (2-D) nanomateriale, hvilket baner vejen for optiske chips og kredsløb i nanoskala.

"At udvikle genskrivbare integrerede nanofotoniske kredsløb, man skal være i stand til at begrænse lys i et 2-D plan, hvor lyset kan rejse i flyet over en lang afstand og styres vilkårligt med hensyn til dets udbredelsesretning, amplitude, frekvens og fase, " sagde Zheng. "Vores materiale, som er en hybrid, gør det muligt at udvikle genskrivbare integrerede nanofotoniske kredsløb."

Forskernes materiale starter med en plasmonisk overflade, som består af nanopartikler af aluminium, ovenpå sidder et 280 nanometer polymerlag indlejret med molekyler, der kan reagere på lys. På grund af kvantemekanikkens interaktioner med lyset, molekylerne kan enten blive gennemsigtige, lader lysbølgerne udbrede sig, eller de kan absorbere lyset.

En anden fordel ved materialet er, at det kan betjene to lystransporterende tilstande samtidigt - kaldet hybridtilstanden. Materialets dielektriske bølgeledertilstand kan lede lysudbredelse over en lang afstand, mens den plasmoniske tilstand er i stand til dramatisk at forstærke lyssignalerne inden for et mindre rum.

"Hybridtilstanden udnytter fordelene ved både dielektrisk bølgeledertilstand og plasmonisk resonanstilstand, og kombinerer dem samtidig med at man omgår grænserne for hver, " sagde Zheng. "Vi realiserede en helt optisk kontrol gennem en teknik, kaldet fotoswitchable Rabi-opdeling, hvilken, for første gang, kan opnås i hybrid plasmon-waveguide mode."

Integrationen mellem disse to tilstande forbedrer markant ydeevnen af ​​det optiske hulrum i dette hybride nanomateriale, som har høj kvalitetsfaktor og lavt optisk tab og dermed maksimerer koblingen mellem molekylerne og hybridtilstanden.

Der er udfordringer, der skal løses, før en optisk chip eller nanofotonisk kredsløb kan designes ved hjælp af dette materiale, Zheng sagde, herunder optimering af molekylerne for at forbedre stabiliteten af ​​de omskrivbare bølgeledere og deres ydeevne til optisk kommunikation.