Un drone militare in missione di ricognizione viene catturato dietro le linee nemiche, mettendo in moto un team di ingegneri che hanno bisogno di cancellare in remoto le informazioni sensibili contenute nei chip del drone. Poiché i chip sono ottici e non elettronici, gli ingegneri possono ora semplicemente far lampeggiare un raggio di luce UV sul chip per cancellare istantaneamente tutti i contenuti. Disastro evitato.

Questo chip in stile James Bond è più vicino alla realtà grazie a un nuovo sviluppo in un nanomateriale sviluppato da Yuebing Zheng, un professore di ingegneria meccanica e scienza e ingegneria dei materiali presso la Cockrell School of Engineering. Il suo team ha descritto i suoi risultati sulla rivista Nano lettere il 10 novembre.

"Le molecole di questo materiale sono molto sensibili alla luce, così possiamo usare una luce UV o lunghezze d'onda della luce specifiche per cancellare o creare componenti ottici, " Zheng ha detto. "Potenzialmente, potremmo incorporare questo LED nel chip e cancellarne il contenuto in modalità wireless. Potremmo anche farla sparire dopo un certo periodo di tempo".

Per testare la loro innovazione, i ricercatori hanno utilizzato un laser verde per sviluppare una guida d'onda, una struttura o un tunnel che guida le onde luminose da un punto all'altro, sul loro nanomateriale. Hanno quindi cancellato la guida d'onda con una luce UV, e riscriverlo sullo stesso materiale utilizzando il laser verde. I ricercatori credono di essere i primi a riscrivere una guida d'onda, che è un componente fotonico cruciale e un elemento costitutivo per i circuiti integrati, utilizzando una tecnica completamente ottica.

Il loro principale progresso è un nanomateriale ibrido appositamente progettato che è simile al giocattolo Etch-A-Sketch di un bambino:solo il materiale si basa su molecole leggere e minuscole per disegnare, eliminare e riscrivere i componenti ottici. Ingegneri e scienziati sono interessati a componenti riscrivibili che utilizzano la luce anziché l'elettricità per trasportare i dati perché hanno il potenziale per rendere i dispositivi più veloci, più piccoli e più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai componenti realizzati in silicio.

Il concetto di ottica riscrivibile, che è alla base dei dispositivi di archiviazione ottica come CD e DVD, è stato perseguito intensamente. Lo svantaggio dei CD, DVD e altri componenti ottici riscrivibili all'avanguardia è che richiedono ingombranti, sorgenti luminose autonome, supporti ottici e rilevatori di luce.

In contrasto, l'innovazione UT Austin consente di scrivere, la cancellazione e la riscrittura del tutto avvengono sul nanomateriale bidimensionale (2-D), che apre la strada a chip e circuiti ottici su nanoscala.

"Per sviluppare circuiti nanofotonici integrati riscrivibili, si deve essere in grado di confinare la luce all'interno di un piano 2-D, dove la luce può viaggiare nel piano per una lunga distanza ed essere arbitrariamente controllata in termini di direzione di propagazione, ampiezza, frequenza e fase, " Zheng ha detto. "Il nostro materiale, che è un ibrido, rende possibile lo sviluppo di circuiti nanofotonici integrati riscrivibili."

Il materiale dei ricercatori inizia con una superficie plasmonica, costituito da nanoparticelle di alluminio, sopra il quale si trova uno strato polimerico di 280 nanometri incorporato con molecole in grado di rispondere alla luce. A causa delle interazioni della meccanica quantistica con la luce, le molecole possono diventare trasparenti, permettendo alle onde luminose di propagarsi, oppure possono assorbire la luce.

Un altro vantaggio del materiale è che può azionare contemporaneamente due modalità di trasporto della luce, chiamate modalità ibrida. La modalità di guida d'onda dielettrica del materiale può guidare la propagazione della luce su una lunga distanza, mentre la modalità plasmonica è in grado di amplificare drasticamente i segnali luminosi all'interno di uno spazio più piccolo.

"La modalità ibrida sfrutta i vantaggi sia della modalità a guida d'onda dielettrica che della modalità di risonanza plasmonica, e li combina insieme aggirando i limiti di ciascuno, " Zheng ha detto. "Abbiamo realizzato un controllo completamente ottico attraverso una tecnica, chiamato splitting Rabi fotocommutabile, quale, per la prima volta, può essere ottenuto nella modalità ibrida plasmone-guida d'onda."

L'integrazione tra queste due modalità migliora significativamente le prestazioni della cavità ottica in questo nanomateriale ibrido, che presenta un fattore di alta qualità e una bassa perdita ottica e quindi massimizza l'accoppiamento tra le molecole e la modalità ibrida.

Ci sono sfide che devono essere affrontate prima di poter progettare un chip ottico o un circuito nanofotonico utilizzando questo materiale, Zheng ha detto, inclusa l'ottimizzazione delle molecole per migliorare la stabilità delle guide d'onda riscrivibili e le loro prestazioni per le comunicazioni ottiche.