Современная электроника работает быстро, но могла бы быть еще быстрее, если бы использовала свет вместо электричества. Оптоволокно уже передает данные со скоростью света, но для вычислений без перевода сигналов обратно в электричество нужны новые оптические компоненты.

Исследователи из Университета Юты создали именно такое устройство — оно может менять степень круговой поляризации света на лету.

Поскольку информацию можно кодировать в свойстве света, называемом хиральностью (условно — «закрученностью»), эта разработка может стать основой для перестраиваемых оптических компьютеров.

Команда под руководством Вэйлу Гао и Цзичао Фаня опубликовала результаты в Nature Communications.

Хиральный свет — это электромагнитные волны, которые закручиваются вправо или влево.

Обычные материалы для управления таким светом статичны, как резной камень: красиво, но бесполезно, если нужно менять параметры в реальном времени.

Мы сделали «живую» оптическую систему, которая реагирует на электрические импульсы, — говорит Фань. — В основе — гетероструктура из углеродных нанотрубок и фазопереходного материала, объединяющая управление светом и память в одном компактном устройстве.

Устройство состоит из нескольких слоев:

• Углеродные нанотрубки, которые работают как электроды и одновременно влияют на свет.
• Фазопереходный материал (Ge-Sb-Te), меняющий структуру при нагреве.

Электрический импульс нагревает нанотрубки, материал переходит из аморфного состояния в кристаллическое — и устройство начинает по-разному поглощать свет с разной «закрученностью». Это позволяет кодировать информацию в поляризации, не затрагивая другие параметры света, например, длину волны.

Ключевое преимущество — масштабируемость. Технология совместима с существующими производственными процессами, а искусственный интеллект помог оптимизировать дизайн без потери эффективности.

Польза исследования

• Оптические вычисления: Устройство может стать компонентом сверхбыстрых фотонных процессоров.
• Адаптивные сенсоры: Например, для мгновенного анализа химических веществ по их оптической активности.
• Компактность: Объединение управления и памяти в одной структуре упрощает схемы.

Пока неясно, как устройство поведет себя при длительной работе: фазопереходные материалы могут деградировать после тысяч циклов переключения.

Ранее ученые заметили необычное влияние поляризованного света на золотые наночастицы.