En militär drönare som flyger på ett spaningsuppdrag fångas bakom fiendens linjer, sätter igång ett team av ingenjörer som behöver fjärrradera känslig information som finns på drönarens chips. Eftersom chipsen är optiska och inte elektroniska, ingenjörerna kan nu helt enkelt blinka en stråle av UV-ljus på chippet för att omedelbart radera allt innehåll. Katastrof avvärjt.

Detta James Bond-liknande chip är närmare verkligheten på grund av en ny utveckling i ett nanomaterial utvecklat av Yuebing Zheng, professor i maskinteknik och materialvetenskap och teknik vid Cockrell School of Engineering. Hans team beskrev sina resultat i tidskriften Nanobokstäver den 10 nov.

"Molekylerna i detta material är mycket känsliga för ljus, så att vi kan använda ett UV -ljus eller specifika ljusvåglängder för att radera eller skapa optiska komponenter, " sa Zheng. "Potentiellt, vi kunde införliva denna LED i chipet och radera dess innehåll trådlöst. Vi skulle till och med kunna tajma det att försvinna efter en viss tid."

För att testa deras innovation, forskarna använde en grön laser för att utveckla en vågledare – en struktur eller tunnel som styr ljusvågor från en punkt till en annan – på deras nanomaterial. De raderade sedan vågledaren med ett UV-ljus, och skrev om det på samma material med den gröna lasern. Forskarna tror att de är de första att skriva om en vågledare, som är en avgörande fotonisk komponent och en byggsten för integrerade kretsar, med en helt optisk teknik.

Deras främsta framsteg är ett specialdesignat hybrid nanomaterial som liknar ett barns Etch-A-Sketch-leksak - endast materialet är beroende av lätta och små molekyler för att rita, ta bort och skriva om optiska komponenter. Ingenjörer och forskare är intresserade av omskrivbara komponenter som använder ljus snarare än elektricitet för att bära data eftersom de har potential att göra enheter snabbare, mindre och mer energieffektiva än komponenter gjorda av kisel.

Begreppet omskrivbar optik, som ligger till grund för optiska lagringsenheter såsom CD- och DVD -skivor, har efterföljts intensivt. Nackdelen med CD-skivor, DVD-skivor och andra toppmoderna omskrivbara optiska komponenter är att de kräver skrymmande, fristående ljuskällor, optiska media och ljusdetektorer.

I kontrast, UT Austin-innovationen gör det möjligt att skriva, radering och omskrivning till allt händer på det tvådimensionella (2-D) nanomaterialet, vilket banar väg för optiska chips och kretsar i nanoskala.

"För att utveckla omskrivbara integrerade nanofotoniska kretsar, man måste kunna begränsa ljus inom ett 2D-plan, där ljuset kan färdas i planet över en lång sträcka och godtyckligt styras med avseende på dess utbredningsriktning, amplitud, frekvens och fas, " sa Zheng. "Vårt material, som är en hybrid, gör det möjligt att utveckla omskrivbara integrerade nanofotoniska kretsar."

Forskarnas material börjar med en plasmonisk yta, som består av aluminium nanopartiklar, ovanpå sitter ett 280-nanometer polymerskikt inbäddat med molekyler som kan reagera på ljus. På grund av kvantmekanikens interaktioner med ljuset, molekylerna kan antingen bli transparenta, låter ljusvågorna föröka sig, eller de kan absorbera ljuset.

En annan fördel med materialet är att det kan driva två ljustransporterande lägen samtidigt - kallat hybridläge. Materialets dielektriska vågledarläge kan styra ljusutbredning över en lång sträcka, medan det plasmoniska läget kan dramatiskt förstärka ljussignalerna inom ett mindre utrymme.

"Hybridläget tar fördelarna av både dielektriskt vågledarläge och plasmonisk resonansläge, och kombinerar dem samtidigt som man kringgår gränserna för var och en, ", sa Zheng. "Vi insåg en helt optisk kontroll genom en teknik, kallas fotoväxlingsbar Rabi-delning, som, för första gången, kan uppnås i hybridplasmon-vågledarläget. "

Integrationen mellan dessa två lägen förbättrar avsevärt prestandan för den optiska kaviteten i detta hybridnanomaterial, som har hög kvalitetsfaktor och låg optisk förlust och därmed maximerar kopplingen mellan molekylerna och hybridläget.

Det finns utmaningar som måste åtgärdas innan ett optiskt chip eller nanofotonisk krets kan designas med detta material, Zheng sa, inklusive optimering av molekylerna för att förbättra stabiliteten hos de omskrivbara vågledarna och deras prestanda för optisk kommunikation.