Cientistas de Universidade Estadual de Oregon identificaram nanocristais luminescentes capazes de alternar rapidamente entre os estados claro e escuro, representando um passo à frente no desenvolvimento da computação óptica e da memória da próxima geração. As descobertas foram publicadas em Fotônica da Natureza.
As extraordinárias capacidades de comutação e memória destes nanocristais poderão um dia tornar-se parte integrante da computação óptica – uma forma de processar e armazenar rapidamente informações utilizando partículas de luz, que viajam mais rápido do que qualquer coisa no universo. Nossas descobertas têm potencial para avançar inteligência synthetic e tecnologias de informação em geral.
Artiom Skripka, professor assistente, Oregon State College
O estudo de Skripka e colaboradores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, da Universidade de Columbia e da Universidade Autônoma de Madrid concentra-se em uma classe especializada de materiais conhecida como avalanche. nanopartículas.
Nanomateriais são partículas extremamente pequenas, variando de um bilionésimo a cem bilionésimos de metro em tamanho. As nanopartículas em avalanche exibem propriedades de emissão de luz altamente não lineares, onde um ligeiro aumento na intensidade do laser causa um aumento substancial na emissão de luz.
Os pesquisadores estudaram nanocristais de potássio, cloro e chumbo dopados com neodímio. Embora os nanocristais de cloreto de potássio e chumbo não interajam com a luz de forma independente, eles atuam como hospedeiros que aumentam a capacidade dos íons convidados de neodímio de processar sinais de luz. Isso os torna adequados para aplicações em tecnologia laser, optoeletrônica e outros sistemas ópticos.
Normalmente, os materiais luminescentes emitem luz quando são excitados por um laser e permanecem escuros quando não o são. Em contraste, ficámos surpresos ao descobrir que os nossos nanocristais vivem vidas paralelas. Sob certas condições, eles apresentam um comportamento peculiar: podem ser claros ou escuros exatamente sob o mesmo comprimento de onda e potência de excitação do laser..
Artiom Skripka, professor assistente, Oregon State College
Este fenômeno é conhecido como biestabilidade óptica intrínseca.
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, eles permanecem emitindo, e podemos observar sua emissão com potências de laser mais baixas do que precisávamos para ligá-los inicialmente . É como andar de bicicleta – para fazê-la andar, você tem que pisar forte nos pedais, mas uma vez em movimento, você precisa de menos esforço para mantê-la andando. E sua luminescência pode ser ligada e desligada abruptamente, como se apertasse um botão.
Artiom Skripka, professor assistente, Oregon State College
As capacidades de comutação de baixo consumo de energia dos nanocristais alinham-se com os esforços globais para reduzir o consumo de energia em meio à crescente demanda de information facilities, dispositivos eletrônicos e aplicações de inteligência synthetic.
Os sistemas de IA enfrentam frequentemente limitações devido a restrições de {hardware} e aos seus requisitos significativos de poder de processamento. Esta pesquisa pode ajudar a enfrentar esses desafios.
Skripka disse: “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. Também poderia significar dispositivos mais eficientes baseados em luz, do tipo usado em áreas como telecomunicações, imagens médicas, detecção ambiental e interconexões para computadores ópticos e quânticos..”
Ele enfatizou que o estudo sublinha a importância da investigação básica na promoção da inovação e do crescimento económico, ao mesmo tempo que apoia os esforços para desenvolver computadores ópticos robustos que aproveitem as interacções entre luz e matéria à nanoescala.
“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”, concluiu Skripka.
O estudo foi financiado pelo Departamento de Energia dos EUA, pela Nationwide Science Basis e pela Protection Superior Analysis Initiatives Company. Foi liderado por Bruce Cohen e Emory Chan, de Lawrence Berkeley, P. James Schuck, da Universidade de Columbia, e Daniel Jaque, da Universidade Autônoma de Madrid.
Referência do periódico:
Skripka, A., e outros. (2025) Biestabilidade óptica intrínseca de nanocristais de avalanche de fótons. Fotônica da Natureza. doi.org/10.1038/s41566-024-01577-x.