Wetenschap
Een videostill waarin de onderzoekers een golfgeleider herschrijven, een onderdeel dat licht geleidt, met behulp van een laser op nanomateriaal. (De golfgeleider is de horizontale lijn op de doos.) Credit:Cockrell School of Engineering
Een militaire drone die op een verkenningsmissie vliegt, wordt gevangen genomen achter de vijandelijke linies. een team van ingenieurs in beweging zetten die op afstand gevoelige informatie op de chips van de drone moeten verwijderen. Omdat de chips optisch zijn en niet elektronisch, de ingenieurs kunnen nu eenvoudig een straal UV-licht op de chip laten flitsen om alle inhoud onmiddellijk te wissen. Ramp afgewend.
Deze James Bond-achtige chip staat dichter bij de werkelijkheid vanwege een nieuwe ontwikkeling in een nanomateriaal ontwikkeld door Yuebing Zheng, een professor in werktuigbouwkunde en materiaalkunde en techniek aan de Cockrell School of Engineering. Zijn team beschreef de bevindingen in het tijdschrift Nano-letters op 10 november.
"De moleculen in dit materiaal zijn erg gevoelig voor licht, zodat we een UV-licht of specifieke lichtgolflengten kunnen gebruiken om optische componenten te wissen of te creëren, " zei Zheng. "Potentieel, we zouden deze LED in de chip kunnen opnemen en de inhoud draadloos kunnen wissen. We kunnen zelfs timen dat het na een bepaalde tijd verdwijnt."
Om hun innovatie te testen, de onderzoekers gebruikten een groene laser om een golfgeleider te ontwikkelen - een structuur of tunnel die lichtgolven van het ene punt naar het andere leidt - op hun nanomateriaal. Vervolgens hebben ze de golfgeleider gewist met een UV-lamp, en herschreef het op hetzelfde materiaal met de groene laser. De onderzoekers denken dat zij de eersten zijn die een golfgeleider herschrijven, dat een cruciale fotonische component is en een bouwsteen voor geïntegreerde schakelingen, met behulp van een volledig optische techniek.
Hun belangrijkste vooruitgang is een speciaal ontworpen hybride nanomateriaal dat verwant is aan het Etch-A-Sketch-speelgoed van een kind - alleen het materiaal vertrouwt op licht en kleine moleculen om te tekenen, optische componenten verwijderen en opnieuw schrijven. Ingenieurs en wetenschappers zijn geïnteresseerd in herschrijfbare componenten die licht gebruiken in plaats van elektriciteit om gegevens te vervoeren, omdat ze potentieel hebben om apparaten sneller te maken, kleiner en energiezuiniger dan componenten gemaakt van silicium.
Het concept van herschrijfbare optica, die de basis vormt voor optische opslagapparaten zoals cd's en dvd's, is intensief gevolgd. Het nadeel van cd's, Dvd's en andere ultramoderne herschrijfbare optische componenten is dat ze omvangrijke, stand-alone lichtbronnen, optische media en lichtdetectoren.
In tegenstelling tot, de UT Austin-innovatie maakt schrijven mogelijk, wissen en herschrijven gebeurt allemaal op het tweedimensionale (2-D) nanomateriaal, die de weg vrijmaakt voor optische chips en circuits op nanoschaal.
"Om herschrijfbare geïntegreerde nanofotonische circuits te ontwikkelen, men moet licht kunnen opsluiten in een 2D-vlak, waar het licht over een lange afstand in het vliegtuig kan reizen en willekeurig kan worden gecontroleerd in termen van zijn voortplantingsrichting, amplitude, frequentie en fase, " zei Zheng. "Ons materiaal, wat een hybride is, maakt het mogelijk om herschrijfbare geïntegreerde nanofotonische circuits te ontwikkelen."
Het materiaal van de onderzoekers begint met een plasmonisch oppervlak, die bestaat uit aluminium nanodeeltjes, daarbovenop zit een polymeerlaag van 280 nanometer ingebed met moleculen die kunnen reageren op licht. Door kwantummechanica interacties met het licht, de moleculen kunnen ofwel transparant worden, waardoor de lichtgolven zich kunnen voortplanten, of ze kunnen het licht absorberen.
Een ander voordeel van het materiaal is dat het tegelijkertijd twee lichttransporterende modi kan gebruiken, de hybride modus. De diëlektrische golfgeleidermodus van het materiaal kan de lichtvoortplanting over een lange afstand begeleiden, terwijl de plasmonische modus de lichtsignalen in een kleinere ruimte dramatisch kan versterken.
"De hybride modus heeft de voordelen van zowel de diëlektrische golfgeleidermodus als de plasmonische resonantiemodus, en combineert ze samen terwijl ze de grenzen van elk omzeilen, " zei Zheng. "We realiseerden een volledig optische controle door middel van een techniek, fotoschakelbare Rabi-splitsing genoemd, die, Voor de eerste keer, kan worden bereikt in de hybride plasmon-golfgeleider-modus."
De integratie tussen deze twee modi verbetert de prestaties van de optische holte in dit hybride nanomateriaal aanzienlijk, die een hoge kwaliteitsfactor en een laag optisch verlies heeft en zo de koppeling tussen de moleculen en de hybride modus maximaliseert.
Er zijn uitdagingen die moeten worden aangepakt voordat een optische chip of nanofotonische schakeling kan worden ontworpen met behulp van dit materiaal, Zheng zei, inclusief het optimaliseren van de moleculen om de stabiliteit van de herschrijfbare golfgeleiders en hun prestaties voor optische communicatie te verbeteren.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com