В журнале Nature Communications вышла работа исследователей из Инженерного колледжа Джона и Марсии Прайс, США. Они представили устройство, которое может в реальном времени изменять круговую поляризацию света — параметр, связанный с направлением вращения световой волны. Это открытие может стать важным шагом к созданию оптических вычислительных систем, в которых информация обрабатывается не электричеством, а светом.
Команду возглавили Вейлу Гао и аспирант Цзичао Фань. Вместе с коллегами они собрали многослойную гетероструктуру, в которую входят выровненные углеродные нанотрубки и материалы с фазовым переходом, такие как GST — вещество, способное переходить из аморфного состояния в кристаллическое под действием тепла. Электрический импульс, поданный через нанотрубки, вызывает этот переход и тем самым меняет оптические свойства слоя.
Главный эффект, которого удалось добиться, — управляемый круговой дихроизм. Это способность структуры по-разному поглощать свет, закрученный влево и вправо. Причем это поглощение можно настраивать в реальном времени в зависимости от состояния материала. Такой подход позволяет использовать «рукость» света как дополнительный носитель информации — независимо от его яркости или длины волны.
«Раньше хиральные, то есть закрученные, оптические элементы были фиксированными и не подходили для систем, где нужно быстрое переключение, — говорит Гао. — Наше устройство живое, оно реагирует на управляющие сигналы».
Нанотрубки в устройстве выполняют сразу две функции: они помогают направлять и преобразовывать свет, а также проводят электричество, необходимое для переключения состояния материала. Благодаря использованию искусственного интеллекта при проектировании и точным технологиям сборки, команда смогла создать многоуровневую структуру без потери качества на каждом из слоев.
Такое устройство может стать универсальным модулем для будущих оптических схем. Вместо перевода фотонных сигналов в электрические, как это делается сегодня, оно позволит обрабатывать свет напрямую. Это не только ускорит вычисления, но и откроет новые способы хранения и передачи информации.
Кстати, если говорить о необычных свойствах света, то не только в лаборатории, но и в самой природе свет ведет себя порой вопреки здравому смыслу — особенно если он проходит через искривленное пространство. Об этом вы можете узнать в другой статье.