Исследователи создали нанокристаллы, которые могут быстро переключаться между люминесцентными состояниями, что открывает новые возможности для оптических вычислений, обработки данных и искусственного интеллекта. Это открытие обещает повысить скорость и энергоэффективность устройств, а также расширить потенциал телекоммуникационных технологий.
По мнению доцента Научного колледжа OSU Артема Скрипки, данное инновационное открытие может стать важной частью оптических вычислений — метода быстрой обработки и хранения информации с использованием частиц света, которые движутся быстрее всего, что существует во Вселенной.
Исследование, которое было опубликовано в журнале Nature Photonics, было проведено Скрипкой и его командой, включая ученых из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, Колумбийского университета и Автономного университета Мадрида. В центре исследования находились аваланжирующие наночастицы — уникальные материалы с выдающимися светоизлучающими свойствами.
Наноматериалы — это микроскопические частицы размером от одной миллиардной до одной стомиллиардной доли метра. Аваланжирующие наночастицы обладают крайней нелинейностью в светоизлучающих свойствах: их светимость может значительно увеличиваться даже при небольших колебаниях интенсивности лазерного возбуждения.
Исследователи изучили нанокристаллы, состоящие из калия, хлора и свинца, легированные неодимом. Само по себе вещество KPb2Cl5 не взаимодействует с светом, однако оно помогает ионам неодима эффективнее обрабатывать световые сигналы. Эти нанокристаллы могут быть использованы в таких областях, как оптоэлектроника и лазерные технологии, а также в фотонных вычислениях.
Нанокристаллы способны хранить информацию, которую можно записывать и считывать с помощью света. Это открывает возможности для создания компактных и масштабируемых устройств оптической памяти. Они управляются лазерами: один лазер подает непрерывный ток, а другой генерирует свет после короткого импульса. Такая функциональность напоминает работу электронных транзисторов и прокладывает путь к созданию устройств, где свет будет управлять светом.
«Обычно люминесцентные материалы начинают светиться, когда их возбуждает лазер, но затем они быстро гаснут, — объяснил Скрипка. — Наши нанокристаллы могут светиться и гаснуть при одинаковых условиях лазерного возбуждения, что является значительным достижением.»
Этот эффект называется внутренней оптической бистабильностью. Свойственная этим нанокристаллам оптическая бистабильность является шагом вперед в области фотонных интегральных технологий, которые могут превзойти современные электронные и оптоэлектронные системы.
Кроме того, такие нанокристаллы потребляют минимальное количество электроэнергии, что сделает их идеальными для применения в центрах обработки данных, используемых в области искусственного интеллекта, и позволит значительно сократить энергозатраты.
По мнению Скрипки, данное открытие откроет новые горизонты для создания более эффективных устройств, которые будут использоваться в таких сферах, как телекоммуникации, медицинская визуализация и экологическое зондирование. Он отметил, что это исследование станет важным вкладом в развитие мощных оптических компьютеров общего назначения, основанных на взаимодействии света и материи в наномасштабе.
Ранее ученые из Университета Аалто представили новый метод создания микроскопических «световых ураганов», который позволит значительно ускорить передачу данных при помощи металлических наночастиц, взаимодействующих с электрическими полями.