A descoberta de nanocristais biestáveis ​​promete computação óptica mais rápida e com maior eficiência energética

Cientistas, incluindo um pesquisador químico da Universidade Estadual de Oregon, deram um passo elementary em direção a uma inteligência synthetic mais rápida e eficiente em termos energéticos e ao processamento de dados em geral, com a descoberta de nanocristais luminescentes que podem ser rapidamente alternados do claro para o escuro e vice-versa.

“As extraordinárias capacidades de comutação e memória destes nanocristais podem um dia tornar-se parte integrante da computação óptica – uma forma de processar e armazenar informações rapidamente usando partículas de luzque viajam mais rápido do que qualquer coisa no universo”, disse Artiom Skripka, professor assistente da Faculdade de Ciências da OSU.

Publicado em Fotônica da Natureza, o estudo por Skripka e colaboradores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, da Universidade de Columbia e da Universidade Autônoma de Madrid envolve um tipo de materials conhecido como nanopartículas em avalanche.

Os nanomateriais são pequenos pedaços de matéria medindo entre um bilionésimo e um centésimo bilionésimo de metro, e as nanopartículas em avalanche apresentam extrema não linearidade em suas propriedades de emissão de luz – elas emitem luz cuja intensidade pode aumentar enormemente com um pequeno aumento na intensidade do laser isso os entusiasma.

Os pesquisadores estudaram nanocristais compostos por potássio, cloro e chumbo e dopados com neodímio. Sozinhos, o KPb₂Cl₅ os nanocristais não interagem com a luz; no entanto, como hospedeiros, eles permitem que seus íons convidados de neodímio manipulem sinais de luz com mais eficiência, tornando-os úteis para optoeletrônica, tecnologia laser e outras aplicações ópticas.

“Normalmente, os materiais luminescentes emitem luz quando são excitados por um laser e permanecem escuros quando não o são”, disse Skripka. “Em contraste, ficamos surpresos ao descobrir que nossos nanocristais vivem vidas paralelas. Sob certas condições, eles mostram um comportamento peculiar: eles podem ser brilhantes ou escuros exatamente sob o mesmo comprimento de onda e potência de excitação do laser.”

Esse comportamento é conhecido como biestabilidade óptica intrínseca. A biestabilidade óptica intrínseca dos nanocristais é um avanço em direção aos circuitos integrados fotônicos que podem superar os atuais sistemas eletrônicos e optoeletrônicos, e com maior eficiência.

“Se os cristais estiverem escuros para começar, precisamos de uma potência de laser mais alta para ligá-los e observar a emissão, mas uma vez que eles emitem, podemos observar sua emissão com potências de laser mais baixas do que precisávamos para ligá-los inicialmente”, disse Skripka. . “É como andar de bicicleta: para andar de bicicleta, você tem que pisar forte nos pedais, mas, uma vez em movimento, você precisa de menos esforço para continuar. Sua luminescência pode ser ligada e desligada de forma abrupta, como se por apertando um botão.”

O baixo consumo de energia as capacidades de comutação dos nanocristais alinham-se com o esforço international para reduzir a quantidade de energia consumida pela presença crescente da inteligência synthetic, centros de dados e dispositivos eletrônicosacrescentou. As aplicações de IA não só exigem um poder computacional substancial, como também são frequentemente limitadas por limitações associadas ao {hardware} existente, uma situação que esta nova investigação também poderia resolver.

“A integração de materiais fotônicos com biestabilidade óptica intrínseca pode significar processadores de dados mais rápidos e eficientes, aprimorando algoritmos de aprendizado de máquina e análise de dados”, disse Skripka. “Isso também poderia significar dispositivos baseados em luz mais eficientes, do tipo usado em áreas como telecomunicações, imagens médicas e detecção ambiental.”

Além disso, disse ele, o estudo complementa os esforços existentes para desenvolver computadores ópticos poderosos e de uso geral, que se baseiam no comportamento da luz e da matéria em nanoescala, e sublinha a importância da investigação elementary na promoção da inovação e do crescimento económico.

“Nossas descobertas são um desenvolvimento estimulante, mas são necessárias mais pesquisas para enfrentar desafios como escalabilidade e integração com tecnologias existentes antes que nossa descoberta encontre um lar em aplicações práticas”, disse Skripka.