Imazhi1> Nanokristalët optikë bistable mund të ruajnë informacionin që është shkruar dhe lexuar tërësisht nëpërmjet dritës, duke i bërë ato të dobishme për ndërtimin e njësive të vogla dhe të shkallëzuara të kujtesës optike. Këta nanokristalë kontrollohen nga laserët: njëri jep fuqi të vazhdueshme, ndërsa tjetri i shkakton ato të lëshojnë dritë pas një pulsi të shkurtër. Ky funksionalitet imiton sjelljen e transistorëve elektronikë dhe hap rrugën për pajisjet ku drita kontrollon dritën. Fotografi e siguruar nga Artiom Skripka, OsU College of Science. Krediti: Artiom Skripka, OsU College of Science.
Nga PHYS.ORG > Discovery of bistable nanocrystals promises faster, more energy-efficient optical computing1
Shkencëtarët, duke përfshirë një studiues kimie të Universitetit Shtetëror të Oregonit, kanë bërë një hap kyç drejt inteligjencës artificiale më të shpejtë dhe më të efektshme në energji, dhe përpunimit të të dhënave në përgjithësi, me zbulimin e nanokristalëve lumineshentë që mund të shkëmbehen shpejt nga drita në errësirë dhe përsëri.
“Aftësitë e jashtëzakonshme të ndërrimit dhe të kujtesës së këtyre nanokristalëve mund të bëhen një ditë integrale në informatikën optike— një mënyrë për të përpunuar dhe ruajtur me shpejtësi informacionin duke përdorur grimca drite, të cilat udhëtojnë më shpejt se çdo gjë në univers,” tha Artiom Skripka, asistent profesor në Kolegjin e Shkencave të OSU.
Botuar në Nature Photonics, studimi2 nga Skripka dhe bashkëpunëtorët në Lawrence Berkeley National Laboratory, Columbia University dhe Universiteti Autonom i Madridit përfshin një lloj materiali të njohur si nanoparticules avalanching.
Nanomaterialet janë pjesë të vogla të materies që maten midis një miliardi dhe njëqind e njëqind e miliardët e një metri, dhe nanoparticles avalanching paraqesin jo-linearitet ekstrem në vetitë e tyre të emetimit të dritës- ata emetojnë dritë, intensiteti i së cilës mund të rritet masivisht me një rritje të vogël të intensitetit të laserit që i emocionon ata.
Studiuesit studiuan nanokristalë të përbërë nga potassium, klor dhe plumb dhe doped me neodymium. Vetë, KPb2Cl5 Nanokristalët nuk bashkëveprojnë me dritën; Megjithatë, si mikpritës, ata bëjnë të mundur që jonet e tyre neodymium guest të trajtojnë sinjalet e dritës në mënyrë më efikase, duke i bërë ato të dobishme për optoelektronikën, teknologjinë laserike dhe aplikime të tjera optike.
“Normalisht, materialet ndriçuese lëshojnë dritë kur janë të ngazëllyer nga një lazer dhe mbeten të errët kur nuk janë,” tha Skripka. “Në kontrast me këtë, u habitëm kur pamë se nanokristalët tanë jetojnë jetë paralele. Në kushte të caktuara, ato tregojnë një sjellje të veçantë: ato mund të jenë ose të ndritshme ose të errëta nën saktësisht të njëjtën gjatësi vale dhe fuqi të excitation laser.”
Kjo sjellje quhet bistabilité optike intrinsike. Bistabiliteti optik intrinsik i nanokristalëve është një përparim drejt qarqeve të integruara fotonike që mund të jenë në gjendje të tejkalojnë sistemet elektronike dhe optoelektronike aktuale, dhe me një efikasitet më të madh.
“Nëse kristalet janë të errëta për të filluar, ne kemi nevojë për një fuqi më të lartë lazer për t’i ndezur ato dhe për të vëzhguar emetimin, por sapo të emetojnë, ne mund të vëzhgojmë emetimin e tyre në fuqi më të ulëta lazer sesa na duhej për t’i ndezur ato fillimisht,” tha Skripka. “Është si të ngasësh një biçikletë— për ta bërë atë të shkojë, duhet t’i shtysh pedalet fort, por pasi të jetë në lëvizje, ke nevojë për më pak përpjekje për ta vazhduar atë. Ndriçimi i tyre mund të ndizet dhe fiket me të vërtetë papritur, si duke shtypur një buton.”
Aftësitë e ndërrimit të energjisë së ulët të nanokristalëve përputhen me përpjekjen globale për të reduktuar sasinë e energjisë së konsumuar nga prania në rritje e inteligjencës artificiale, qendrave të të dhënave dhe pajisjeve elektronike, shtoi ai. Jo vetëm që aplikacionet e IA kërkojnë fuqi llogaritëse të konsiderueshme, ato shpesh janë të kufizuara nga kufizimet e lidhura me harduerin ekzistues, një situatë që ky kërkim i ri mund të trajtojë gjithashtu.
“Integrimi i materialeve fotonike me bistabilitetin optik intrinsik mund të nënkuptojë procesorë të dhënash më të shpejtë dhe më të efektshëm, duke përmirësuar algoritmet e mësimit të makinerive dhe analizën e të dhënave,” tha Skripka. “Kjo mund të nënkuptojë gjithashtu pajisje më të efektshme me bazë drite të tipit të përdorur në fusha si telekomunikacioni, imazheria mjekësore dhe ndjeshmëria mjedisore.”
Përveç kësaj, tha ai, studimi plotëson përpjekjet ekzistuese për të zhvilluar kompjutera optikë të fuqishëm, me qëllim të përgjithshëm, të cilët bazohen në sjelljen e dritës dhe materies në shkallën nanometrike dhe nënvizon rëndësinë e kërkimit themelor në nxitjen e inovacionit dhe rritjes ekonomike.
“Gjetjet tona janë një zhvillim emocionues, por më shumë kërkime janë të nevojshme për të trajtuar sfida të tilla si shkallëzimi dhe integrimi me teknologjitë ekzistuese përpara se zbulimi ynë të gjejë një shtëpi në aplikime praktike,” tha Skripka.
Më shumë informacion: Bistabiliteti optik intrinsik i nanokristalëve të avalimit të fotonit, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-024-01577-x. www.nature.com/articles/s41566-024-01577-x
Informacion për ditarin: Fotonika e natyrës
Siguruar nga Universiteti Shtetëror i Oregonit
–
Referenca
