新型纳米材料：可对光芯片上的内容擦除、重写

12/22/2016,德克萨斯州立大学奥斯丁分校的一位教授和他的研究团队共同研发出了新型纳米材料，该纳米材料可对光芯片进行删除、重写等操作。

侦察任务所使用的军用无人机一般在敌人线后方捕捉画面。通常情况下，整个工程师队需要随时监控并远程删除在无人机芯片上所携带的敏感信息。 由于所使用的芯片是光学而不是电子的，工程师现在可以抬手将一束UV光照射到芯片上，芯片中的内容就会立即被删除。一场灾难就在这抬手一瞬间被避免了。

这种听起来像是007中才会用到的技术，已经开始走进现实生活。在德克萨斯州大学奥斯丁分校Cockrell工程学院，机械工程和材料科学与工程教授郑跃兵（音译）所开发的纳米材料最近有了新的进展。

郑教授说：“这种新型材料中的分子对光非常敏感，因此我们可以使用UV光或特定的光波长来擦除或创建光学元件，我们甚至可以将这个LED并入芯片，用无线擦除其内容，我们甚至可以做到定时擦除。”

为了测试他们的创新成果，研究人员使用绿色激光器在其纳米材料上尝试开发可以一种将光波从一个点引导到另一个点的波导结构，或者说是一个光波隧道。 然后他们用UV光擦除此波导，并使用绿色激光将其重写在相同的材料上。研究人员声称这是首次有人使用全光学技术重写波导，这是在光子组件和集成电路的发展中堪称里程碑式的一举。

他们取得的主要进步是设计结构特殊的新型混合纳米材料，此材料就好像是我们小时候用的神奇可擦画板 － 区别在于此材料依赖于光和微小的分子来绘制、删除和重写光学组件。 工程师和科学家对使用光而不是电来携带数据的可重写组件产生越来越浓厚的兴趣，因为它们具有使器件比由硅制成的器件更快、更小和更节能的潜力。

支持诸如CD和DVD的光存储设备可重写光学器件的概念，在近几年已经被推到了风口浪尖上。 现存CD、DVD和其他现有技术的可重写光学部件的缺点是它们需要庞大的独立光源、光学介质和光检测器。

相比之下，德克萨斯州大学奥斯丁分校的的此项创新允许我们在二维（2－D）纳米材料上进行擦除和重写，这为纳米级光学芯片和电路的发展铺平了前路。

“为了开发可重写的集成纳米光子电路，人们必须能够将光限制在2－D平面内，并且保证其传播方向、幅度和频率都在可控制的情况下，能在平面中行进很长距离“，郑教授说，“我们的材料将使开发可重写集成纳米光子电路成为可能。

研究人员的材料从等离子体激元表面开始，由铝纳米颗粒组成，表面嵌有能够响应光分子的280纳米聚合物层。 由于量子力学与光的相互作用，分子可以变得透明，所以光可被吸收或传播。

该材料的另一个优点是它可以同时操作两种光传输模式 ——专业上称其为混合模式。 此材料具有的电介质波导模式可以引导光在较长距离上传播，而等离子体模式能够在更小的空间内显着放大光信号。

“混合模式具有介质波导模式和等离子体共振模式相结合在一起的优点，同时避免了单一模式的极限，”郑教授说，“我们通过一种称为光切换分裂（Photoswitchable Rabi Splitting）的技术实现了全光学控制，这是全光学控制第一次在混合等离子体波导模式下变为现实。

这两种模式之间的集成显着改善了该混合纳米材料中的光腔性能，使其材料具有高品质因数和低光损失的优点，因此使分子和混合模式之间的耦合最大化。

但在大规模使用这种材料来设计光学芯片或纳米光子电路之前，科学家们必须解决一些现存问题，其中包括优化分子以用来提高可重写波导的稳定性及其对光通信的性能。

来源36Kr