新型納米材料：可對光芯片上的內(nèi)容擦除、重寫

偵察任務(wù)所使用的軍用無人機(jī)一般在敵人線后方捕捉畫面。通常情況下，整個(gè)工程師隊(duì)需要隨時(shí)監(jiān)控并遠(yuǎn)程刪除在無人機(jī)芯片上所攜帶的敏感信息。 由于所使用的芯片是光學(xué)而不是電子的，工程師現(xiàn)在可以抬手將一束UV光照射到芯片上，芯片中的內(nèi)容就會(huì)立即被刪除。一場災(zāi)難就在這抬手一瞬間被避免了。

這種聽起來像是007中才會(huì)用到的技術(shù)，已經(jīng)開始走進(jìn)現(xiàn)實(shí)生活。在德克薩斯州大學(xué)奧斯丁分校Cockrell工程學(xué)院，機(jī)械工程和材料科學(xué)與工程教授鄭躍兵（音譯）所開發(fā)的納米材料最近有了新的進(jìn)展。

鄭教授說：“這種新型材料中的分子對光非常敏感，因此我們可以使用UV光或特定的光波長來擦除或創(chuàng)建光學(xué)元件，我們甚至可以將這個(gè)LED并入芯片，用無線擦除其內(nèi)容，我們甚至可以做到定時(shí)擦除�！�

為了測試他們的創(chuàng)新成果，研究人員使用綠色激光器在其納米材料上嘗試開發(fā)可以一種將光波從一個(gè)點(diǎn)引導(dǎo)到另一個(gè)點(diǎn)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，或者說是一個(gè)光波隧道。 然后他們用UV光擦除此波導(dǎo)，并使用綠色激光將其重寫在相同的材料上。研究人員聲稱這是首次有人使用全光學(xué)技術(shù)重寫波導(dǎo)，這是在光子組件和集成電路的發(fā)展中堪稱里程碑式的一舉。

他們?nèi)〉玫闹饕�進(jìn)步是設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特殊的新型混合納米材料，此材料就好像是我們小時(shí)候用的神奇可擦畫板 － 區(qū)別在于此材料依賴于光和微小的分子來繪制、刪除和重寫光學(xué)組件。 工程師和科學(xué)家對使用光而不是電來攜帶數(shù)據(jù)的可重寫組件產(chǎn)生越來越濃厚的興趣，因?yàn)樗鼈兙哂惺蛊骷�比由硅制成的器件更快、更小和更�?jié)能的潛力。

支持諸如CD和DVD的光存儲(chǔ)設(shè)備可重寫光學(xué)器件的概念，在近幾年已經(jīng)被推到了風(fēng)口浪尖上。 現(xiàn)存CD、DVD和其他現(xiàn)有技術(shù)的可重寫光學(xué)部件的缺點(diǎn)是它們需要龐大的獨(dú)立光源、光學(xué)介質(zhì)和光檢測器。

相比之下，德克薩斯州大學(xué)奧斯丁分校的的此項(xiàng)創(chuàng)新允許我們在二維（2－D）納米材料上進(jìn)行擦除和重寫，這為納米級(jí)光學(xué)芯片和電路的發(fā)展鋪平了前路。

“為了開發(fā)可重寫的集成納米光子電路，人們必須能夠?qū)⒐庀拗圃?－D平面內(nèi)，并且保證其傳播方向、幅度和頻率都在可控制的情況下，能在平面中行進(jìn)很長距離“，鄭教授說，“我們的材料將使開發(fā)可重寫集成納米光子電路成為可能。

研究人員的材料從等離子體激元表面開始，由鋁納米顆粒組成，表面嵌有能夠響應(yīng)光分子的280納米聚合物層。 由于量子力學(xué)與光的相互作用，分子可以變得透明，所以光可被吸收或傳播。

該材料的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可以同時(shí)操作兩種光傳輸模式 ——專業(yè)上稱其為混合模式。 此材料具有的電介質(zhì)波導(dǎo)模式可以引導(dǎo)光在較長距離上傳播，而等離子體模式能夠在更小的空間內(nèi)顯著放大光信號(hào)。

“混合模式具有介質(zhì)波導(dǎo)模式和等離子體共振模式相結(jié)合在一起的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了單一模式的極限，”鄭教授說，“我們通過一種稱為光切換分裂（Photoswitchable Rabi Splitting）的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全光學(xué)控制，這是全光學(xué)控制第一次在混合等離子體波導(dǎo)模式下變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

這兩種模式之間的集成顯著改善了該混合納米材料中的光腔性能，使其材料具有高品質(zhì)因數(shù)和低光損失的優(yōu)點(diǎn)，因此使分子和混合模式之間的耦合最大化。

但在大規(guī)模使用這種材料來設(shè)計(jì)光學(xué)芯片或納米光子電路之前，科學(xué)家們必須解決一些現(xiàn)存問題，其中包括優(yōu)化分子以用來提高可重寫波導(dǎo)的穩(wěn)定性及其對光通信的性能。