【产通社，6月19日讯】光缆能以光速传输信息。但是，用这些数据进行计算，而不将其转换成电信号，这需要大量新的光学元件。犹他大学（the University of Utah）的研究人员开发了一种可编程的手性异质结构，使计算机使用光而不是电脉冲来存储和处理信息。该设备可以动态操纵光的圆偏振，允许实时调整圆偏振度，以实现更高效的光学计算。

领导这项研究的高伟路（Weilu Gao）教授说，“传统的手征光学就像雕刻的石头——美丽却冰冷。这使得它们不适用于需要实时控制的应用，如可重构光学计算或自适应传感器。”

手性异质结构包括堆叠的1D碳纳米管和由锗-锑-碲(GST)制成的相变材料。一旦组装，这些层可以根据相变材料层的状态选择性地减少穿过它们的左旋或右旋圆偏振光的量。

碳纳米管既作为产生手性响应的层，又作为电编程相变材料的焦耳加热电极。“碳纳米管同时充当手性光学元件和相变材料开关的透明电极，消除了对单独控制组件的需要，”研究员范纪超（Jichao Fan）说。

沿着碳纳米管层的电脉冲引入热量，这导致相变材料层的内部结构从非晶态转变为晶态。这种变化改变了异质结构的圆二色性，使该结构能够吸收不同强度、不同类型的圆偏振光。研究人员可以通过改变异质结构的圆二色性来控制圆偏振光的扭曲方向。因为电脉冲可以引发相变，所以异质结构的圆二色性可以实时调整。

高教授说，“通过添加圆二色性作为一个独立参数，我们创建了一个正交的信息通道，调整它不会干扰振幅或波长等其他属性。”因此，光可以用于数据编码和存储，而光的其他特性可以并行使用。

研究人员还开发了一种基于高性能机器学习框架的软件基础设施，包括可微分编程和无导数优化，以优化异质结构中圆二色响应的可调谐性。他们使用先进的制造技术和人工智能辅助设计来组装异质结构的堆叠层，而不会降低单个层的光学特性。他们使用可扩展的制造技术来制造纳米管和相变材料薄膜，以允许在晶片规模上建立异质结构。

不同的1D纳米材料、相变材料和电光材料可以与异质结构一起使用，以探索各种手征现象并开发光子和光电器件。手性光学异质结构可以作为光学计算系统的多功能、可重新配置的组件，并可以用于开发高性能器件，如量子光发射器。

范纪超说，“由于对齐碳纳米管相变材料异质结构将光操纵和记忆合并到一个可扩展的平台中，我们已经创造了随电脉冲演化的‘活’光学物质，”范说。

查询进一步信息，请访问官方网站http://attheu.utah.edu/science-technology/new-chiral-photonic-device-combines-light-manipulation-with-memory，以及http://www.doi.org/10.1002/adma.202418957。（Robin Zhang，产通数造）