Динамическое изменение свойства света

15.06.2025

Современная наука стремится выйти за пределы традиционной электроники, используя свет для передачи и обработки информации. Управление свойствами света открывает новые горизонты в создании оптических компьютеров и устройств следующего поколения. Одним из ключевых направлений является возможность динамически изменять параметры света, такие как его поляризация и хиральность - способность электромагнитной волны вращаться по-разному. Недавнее открытие ученых из Университета Юты стало важным шагом в этом направлении.

Исследователи представили инновационную программируемую гетероструктуру - сложный многослойный материал, в котором объединены выровненные углеродные нанотрубки и материалы с изменением фазы, например, германий-сурма-теллур (GST). Такое сочетание позволяет управлять поляризацией света не статично, как это было ранее, а динамично, с возможностью перепрограммирования. Ведущий автор проекта, Вейл Гао, сравнил предыдущие материалы с резными камнями - красивыми, но неподвижными, тогда как новая разработка является "живой" оптической материей, способной менять свои свойства по команде.

В основе работы устройства лежит способность нанотрубок одновременно выполнять роль оптического элемента и электрода, а также изменять характеристики материала с помощью электрических импульсов, воздействующих на слой с изменяющейся фазой. Как поясняет аспирант Цзичао Фань, нагрев нанотрубок вызывает фазовое переключение материала, что приводит к изменению поглощения света с различной круговой поляризацией. Это позволяет "на лету" программировать оптические свойства гетероструктуры.

Особенностью нового материала является возможность создания гетероструктур размером с полноценную пластину, пригодную для использования в микроэлектронных подложках. Слои нанотрубок формируются с помощью метода самосложения, а пленки из материала с изменяющейся фазой наносятся посредством напыления. Для оптимального проектирования структуры применялись алгоритмы машинного обучения, включая байесовскую оптимизацию, что позволило подобрать наиболее эффективные параметры слоев.

Гетероструктура демонстрирует два ключевых типа отклика на воздействие света. Первый, изотропный (CDiso), проявляется одинаково при любом повороте материала, напоминая узор, который можно увидеть под любым углом. Второй, нереципрокный (LDLB), меняет знак при изменении направления падающего светового луча. Сочетание этих эффектов открывает новые возможности для кодирования информации не только по яркости или длине волны, но и по характеру вращения световой волны, что значительно повышает плотность передачи данных.

Перспективы применения технологии весьма широки: она может стать основой для нейроморфных процессоров, имитирующих работу мозга за счет параллельной обработки оптических сигналов. Кроме того, гетероструктуры пригодятся в создании компактных биосенсоров для медицинской диагностики и устройств квантовой связи, где хиральность света используется для защиты данных. Университет Юты уже запатентовал метод интеграции таких материалов в производственные линии микроэлектроники, а ближайшие планы ученых включают создание прототипа оптического чипа.

Разработка динамически программируемых гетероструктур открывает путь к новому поколению оптических технологий, способных радикально изменить обработку информации и коммуникации. Этот прорыв демонстрирует, что управление светом на наномасштабном уровне перестает быть статичным процессом и становится адаптивным, что обещает революцию в области вычислительной техники и сенсорики.

<< Назад: Получение влаги из воздуха без затрат энергии 15.06.2025

>> Вперед: Холодные душ излечивает от стресса 14.06.2025

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Технология Qi для беспроводной подзарядки аккумуляторов 08.08.2014 Группа Wireless Power Consortium представила версию Qi v.1.2 стандарта беспроводной подзарядки мобильных устройств. Технология Qi позволяет передавать энергию гаджетам по принципу магнитной индукции. Базовое зарядное устройство состоит из индукционной катушки, создающей электромагнитное поле при поступлении переменного тока. В гаджете-получателе находится похожая катушка, способная улавливать это поле, конвертируя полученную энергию в постоянный ток. В результате происходит зарядка аккумулятора. Стандарт Qi v.1.2 предусматривает поддержку резонансного метода беспроводной подзарядки. Это означает, что подзаряжаемые гаджеты не обязательно должны соприкасаться с поверхностью базовой станции. Передача энергии возможна на расстоянии до 45 мм. Таким образом, зарядное устройство может быть интегрировано, скажем, в столешницу компьютерного стола или в вещевой отсек автомобильной панели. Wireless Power Consortium отмечает, что уже есть прототипы зарядных станций, обеспечивающих передачу энергии беспроводным способом на 40-50 мм. Новый стандарт обратно совместим с версией Qi v1.1. Благодаря этому существующие устройства с поддержкой Qi также могут использовать функцию дистанционной зарядки, но радиус действия в данном случае будет ограничен 30 мм.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025