Вчені створили нанокристали для обчислень зі швидкістю світла

Міжнародна група вчених зробила вирішальний крок до більш швидкого та енергоефективного штучного інтелекту та обробки даних в цілому, відкривши люмінесцентні нанокристали, які можна швидко перемикати між вимкненим станом, що світиться і тим самим відкривається можливість для обчислень буквально зі швидкістю світла. використання фотонів у мікросхемах.

«Виняткові можливості перемикання та пам’яті цих нанокристалів можуть якось стати невід’ємною частиною оптичних обчислень — способу швидкої обробки та зберігання інформації з використанням легких частинок, які рухаються найшвидше у Всесвіті», — сказав Артем Скрипка (Artiom Skripka), доцент Наукового коледжу Університету штату Орегон. Робота з дослідження опублікована 3 січня 2025 року в журналі Nature Photonics.

Дослідження присвячене вивченню можливостей наночастинок з лавиноподібними характеристиками. Такі матеріали демонструють надзвичайно нелінійні властивості, зокрема, світловипромінюючі. близького до лавиноподібного збудження і потім працювати лише з невеликими порціями енергії для джерела збудження.

Дослідники вивчали нанокристали, що складаються з калію, хлору та свинцю та леговані неодимом. Самі собою нанокристали KPb₂Cl₅ не взаємодіють зі світлом. У поєднанні з неодимом матеріал починає ефективно обробляти світлові сигнали, роблячи його корисним для оптоелектроніки, лазерних технологій та інших оптичних рішень.

«Зазвичай, люмінесцентні матеріали випромінюють світло, коли на них впливає лазер, і залишаються темними, коли це не так, — сказав Скрипка. — Навпаки, ми були здивовані, виявивши, що наші нанокристали ведуть паралельні життя. За певних умов вони демонструють своєрідну поведінку: вони можуть бути як яскравими, так і темними при такій же довжині хвилі лазерного випромінювання і потужності».

Така поведінка називається внутрішньою оптичною бістабільністю. Притаманна нанокристалам оптична бістабільність — це крок уперед до створення фотонних інтегральних схем, які можуть перевершити сучасні електронні та оптоелектронні системи та мати більшу ефективність.

«Якщо кристали спочатку темні, нам потрібна більш висока потужність лазера, щоб увімкнути їх і спостерігати випромінювання, але як тільки вони почнуть випромінювати, ми зможемо спостерігати їхнє випромінювання за більш низької потужності лазера, ніж нам потрібно для їхнього початкового включення, — каже Скрипка. — Це як їзда на велосипеді — щоб привести його в рух, потрібно сильно натискати на педалі, але як тільки він починає рухатися, вам потрібно менше зусиль, щоб рухатися. А їх свічення можна вмикати та вимикати дійсно різко, як при натисканні кнопки».

Перехід на оптичні сигнали обіцяє значно знизити споживання фотонних обчислювальних платформ, де б вони не застосовувалися. Також це шлях до нових додатків у медицині, датчиках і в багатьох інших областях. Але стадія досліджень ще завершена. Щоб пройти її до комерційних товарів, потрібно ще багато роботи.