Исследователи из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук Джона А. Полсона в сотрудничестве с исследователями из Университета Макмастера и Питтсбургского университета разработали новую платформу для полностью оптических вычислений, то есть вычислений, выполняемых исключительно с помощью пучков света.

Статья исследователей опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Сегодня большая часть технологий оптических вычислений использует для своей работы твердые материалы, такие как металлические провода, полупроводники и фотодиоды. Но идея оптических вычислений состоит именно в том, чтобы убрать все твердые электронные компоненты, присутствующие в стандартных схемах, и управлять светом с помощью излучения.

Способные на это платформы используют так называемые нелинейные материалы, которые изменяют свой показатель преломления в ответ на интенсивность света. Когда свет проходит через эти материалы, их показатель преломления увеличивается, образуя свой собственный сделанный из света волновод.

В настоящее время большинство нелинейных материалов требуют мощных лазеров для создания такого эффекта или не могут создать устойчивый волновод при прохождении излучения.

Теперь международная группа исследователей создала принципиально новый материал, который использует обратимое набухание и сжатие гидрогеля при низкой мощности лазера для изменения показателя преломления. Синтезированный авторами материал представляет собой сополимер, состоящий из акриловой кислоты и акриламида. Кроме того, авторы добавили в него светочувствительные молекулы спиропирана.

Когда свет проходит через такой гель, область, на которую он попадает, немного сжимается, концентрируя полимер и изменяя показатель преломления. Когда свет выключен, гель возвращается в свое первоначальное состояние. Когда через материал проходят несколько лучей, они взаимодействуют и влияют друг на друга, даже на больших расстояниях. Луч А может подавлять Луч Б, Луч Б может подавлять Луч А, оба они могут «отключать» друг друга или проходить через материал вместе, создавая оптический логический элемент.

«Материаловедение меняется, — отмечает соавтор исследования, профессор материаловедения Гарвардской школы инженерных и прикладных наук Джоанна Айзенберг. — Саморегулирующиеся, адаптивные материалы, способные оптимизировать свои собственные свойства в ответ на воздействие окружающей среды, заменяют статические, энергоэффективные, внешне регулируемые аналоги. Наш обратимо отзывчивый материал, который контролирует свет при исключительно малых интенсивностях, является еще одной демонстрацией этой многообещающей технологической революции».