照明电子产品：研究人员构建全光学袖珍计算器

我们的日常生活依赖于电子处理器，这些处理器执行基本的算术，逻辑和控制操作，使从移动电话到智能电视的设备成为可能。然而，当前的技术正在接近其极限，世界各地的研究人员正在寻求实现下一代计算。

在他们现在发表在Science Advances上的论文中，阿尔托大学的一个跨学科研究团队展示了一种新型的基于纳米线的纳米结构如何使光能够执行逻辑功能，从而实现简单的加法和减法操作。该研究是第一个展示纳米级全光逻辑电路的研究，为实现真正的光学计算提供了重要的一步。

“我们能够执行二进制数计算，并显示，例如，这种纳米结构如何像一个简单的袖珍计算器一样执行这些功能 - 除了不使用电力，纳米结构在其运行中仅使用光，” Henri Jussila博士，他在大学完成了博士后。

为了构建纳米结构，该团队采用了一种新方法来组装两种不同的半导体纳米线，即磷化铟和砷化铝镓。纳米线比人类头发的直径更短且指数更薄，具有独特的一维结构，使其能够像纳米尺寸的天线一样发挥作用。

“我们使用简单的梳理技术，类似于人们在早上梳理头发的方式，组装这些纳米结构，”Jussila解释道。

利用这种机械梳理方法，纳米线可以在任何特定方向上对准，这与通常使用的制造的随机排列的纳米线不同。然而，重复是使天线成为理想对准的关键。

“重复梳理方法使我们能够构建纳米结构的集成器件，其中两种不同类型的纳米线彼此垂直，”阿尔托大学光子学组负责人Zhipei Sun教授说。

“一维和横杆结构是我们计算的核心，因为它们使输入光能够选择与之相互作用的纳米线 - 磷化铟或砷化铝镓，”何阳博士补充道。

根据输入，在这种情况下，线性偏振光方向及其波长，纳米线或者与输入光相互作用或不与输入光相互作用。这在实践中类似于旧无线电接收机中使用的天线如何工作; 它们仅在指向最佳方向时接收信号，通常向上。由于不同纳米材料的响应不同，所以制造的纳米线结构的光输出可以用不同的波长和光方向切换，以成功实现逻辑运算。