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:

Тающие айсберги создают новые оазисы жизни на дне океана 30.06.2026

Глобальное потепление активно меняет облик нашей планеты, и одним из наиболее заметных его проявлений становится ускоренное таяние ледников в полярных регионах. Этот процесс не только приводит к подъему уровня Мирового океана, но и вызывает цепную реакцию в морских экосистемах, порой создавая неожиданные и парадоксальные последствия. Массовое высвобождение айсбергов из Гренландии - яркий пример того, как климатические изменения перестраивают жизнь в самых глубоких и удаленных уголках океана. Из-за повышения температуры количество айсбергов, откалывающихся от гренландских ледников, стремительно растет. Ученые проанализировали данные за последние 40 лет и установили, что с 2000 года поток ледяных глыб через пролив Фрама увеличился в четыре раза. Об этом сообщает Futurism со ссылкой на исследование специалистов из Технического университета Дании. Такое беспрецедентное нашествие айсбергов представляет серьезную опасность для международного судоходства. Одновременно оно радикально тра ...>>

Робот-тьютор Optio, помошник школьника 30.06.2026

Икусственный интеллект и робототехника все активнее помогают учителям и ученикам, делая обучение более персонализированным и увлекательным. Гуманоидные роботы, способные взаимодействовать с людьми естественным образом, открывают новые возможности для школ, особенно в условиях нехватки педагогических кадров и растущего интереса к технологиям. Одна из таких инновационных инициатив стартовала в американском штате Нью-Йорк. Компания Realbotix запустила своего помощника учителя на базе искусственного интеллекта под названием Optio в Центральном школьном округе Саламанки. Робот выступает в роли тьютора, предлагая персонализированное репетиторство, многоязычную помощь с домашними заданиями и круглосуточную академическую поддержку. По данным Interesting Engineering, проект направлен на повышение вовлеченности учащихся и внедрение передовых технологий в учебный процесс. В рамках пилотной программы школы округа планируют интегрировать человекоподобных роботов в классы. Изначально Optio буд ...>>

Биопрепараты повышают питательную ценность органической гречихи 29.06.2026

В органическом земледелии особое внимание уделяется не только урожайности, но и качественному составу продукции. Потребители все чаще выбирают продукты с высоким содержанием полезных веществ и без следов химических веществ. Исследования показывают, что применение биологических препаратов может существенно улучшить минеральный состав зерновых культур, делая их более ценными с точки зрения питания. В результате полевых экспериментов, проведенных в 2023-2025 годах, ученые установили, что использование биопрепаратов способствует активному накоплению макроэлементов, в частности фосфора и калия, в зерне органической гречихи. Об этом сообщила Леся Крупак из Белоцерковского национального аграрного университета в своей работе "Экологичность и производительность". Наиболее заметный эффект наблюдался при применении гумата калия. В этом случае содержание калия в зерне увеличивалось на 19-21 процент по сравнению с контрольными участками. Такой результат свидетельствует об улучшении работы тра ...>>

Натрий-ионные накопители энергии Tener от CATL 29.06.2026

Литий-ионные аккумуляторы сейчас доминируют на рынке, но их производство сталкивается с ограничениями ресурсов и экологическими вызовами. Китайская компания CATL, один из мировых лидеров в области аккумуляторных технологий, представила инновационную альтернативу на основе натрия, которая может существенно расширить возможности хранения энергии. На отраслевом мероприятии в Мюнхене CATL продемонстрировала систему накопления энергии Tener нового поколения. Она построена на натрий-ионных аккумуляторах и отличается выдающимися эксплуатационными характеристиками. По заявлению разработчиков, новая технология сочетает высокую долговечность, безопасность и экономичность, что делает ее перспективной для широкого применения в энергетике. Одним из главных преимуществ Tener стала исключительная долговечность: система рассчитана на срок службы до 30 лет и способна выдерживать до 15 000 циклов заряда-разряда. Для сравнения, большинство современных аналогов выдерживают около 10 000 циклов. Даже ...>>

Орибитальное вино с МКС 28.06.2026

Виноделие всегда было тесно связано с землей, климатом и традициями, но современная наука все чаще выводит его на новый уровень - в буквальном смысле за пределы нашей планеты. Исследователи ищут способы адаптировать сельское хозяйство к условиям космоса, чтобы обеспечить будущие миссии продовольствием и изучить влияние экстремальной среды на биологические процессы. Один из таких амбициозных проектов реализуется в США и обещает в перспективе появление первого вина из винограда, побывавшего на орбите. Ученые из Техасского университета A&M отправили на Международную космическую станцию сотни семян винограда. После шести месяцев воздействия космической радиации семена вернутся на Землю, будут высажены и через несколько лет могут дать первый урожай для производства "космического вина". Проект представляет собой уникальное сочетание астронавтики, биологии и виноградарства. Идея эксперимента возникла как дипломная работа двух студентов-старшекурсников кафедры аэрокосмической инженер ...>>

Случайная новость из Архива Экономичный очиститель воды на солнечной энергии 09.02.2017 Недостаток питьевой воды - одна из важнейших проблем на земном шаре, пусть в Европе она еще не ощущается как настолько острая. Киаокиан Ган (Qiaoqiang Gan), инженер из Университета штата Нью-Йорк и его коллеги разработали опреснитель на солнечной энергии, для которого расходные материалы стоят всего $2 за квадратный метр. "Это позволит людям получать самостоятельно чистую воду, так же, как они получают электроэнергию от солнечных панелей на крыше дома", - сказал Лю. Скорость опреснения имеет большое значение - ныне существующие устройства должны иметь площадь не менее 6 м2, чтобы снабжать одного человека достаточным объемом питьевой воды в течение дня. Проблема в гигантских потерях энергии на нагревание воды. Поэтому в последние годы использовались два подхода к повышению эффективности - либо нагревать только верхний слой воды, либо использовать наноматериалы, чтобы эффективнее собирать солнечную энергию. Второе технически предпочтительнее, зато на порядки дороже - наноматериалы стоят сотни долларов за грамм, и в развивающихся странах некому потратить такие деньги на опреснение для всех. В новом устройство три основных компонента: во-первых, богатая клетчаткой бумага (вроде той, из которой делают деньги), покрытая черных слоем углерода (это дешевый порошок, остающийся после неполного сгорания нефти или дегтя). Во-вторых, брусок пеноплистирола (из этого материала делают одноразовые стаканчики для кофе), разрезанный на 25 слегка соединенных частей. все они плавают на поверхности грязной воды, чтобы предотвратить перегревание воды под солнечными лучами. Эти секции покрыты вышеупомянутой бумагой, края которой опущены в воду. Соответственно, вода в силу капиллярного эффекта поднимается по бумаге вверх и там испаряется. В-третьих, наконец, это акриловое покрытие, которое собирает испаряющуюся воду. Отсюда вода попадает в емкость для чистой воды. Ганн и его коллеги утверждают, что установка на 88% эффективнее собирает и передает в воду солнечную энергию. В результате аппарат площадью 1 м2 дает 1 литр воды в час. Ныне распространенным коммерческим аппаратам нужно 4 часа для того же результата. Что особенно важно - устройство очень дешево. По оценкам Гана, на 1 м2 нужно примерно $1,6 - сравните с $200 долларами для устройств, использующих линзы для фокусировки солнечных лучей. Семье из четырех человек достаточно потратить около $5 долларов, чтобы иметь минимально необходимый объем чистой воды.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026