Bistabiilit nanokiteet lupailevat tehokkaampaa optista laskentaa

Oregon State Universityn tutkijat kumppaneineen ovat ottaneet tärkeän askeleen kohti nopeampaa, energiatehokkaampaa tekoälyä ja tietojenkäsittelyä yleensä, sillä he ovat tutkineet luminoivia nanokiteitä, jotka voidaan vaihtaa nopeasti valoisasta pimeään ja takaisin.

"Näiden nanokiteiden poikkeukselliset kytkentä- ja muistiominaisuudet voivat jonain päivänä olla olennainen osa optista laskentaa - tapa käsitellä ja tallentaa informaatiota nopeasti käyttämällä valohiukkasia, jotka kulkevat nopeammin kuin mikään muu maailmankaikkeudessa", sanoi OSU:n apulaisprofessori Artiom Skripka.

Skripkan ja yhteistyökumppaneiden tutkimuksessa käsitellään materiaalia, joka tunnetaan lumivyöryisinä nanohiukkasina. Niiden valoemissio-ominaisuuksissa on äärimmäistä epälineaarisuutta.

Tieteilijät tutkivat nanokiteitä, jotka koostuivat kaliumista, kloorista ja lyijystä ja jotka oli seostettu neodyymillä. KPb2Cl5-nanokiteet eivät itsessään ole vuorovaikutuksessa valon kanssa; Kuitenkin isäntinä ne mahdollistavat neodyymin vieras-ionien käsittelemään valosignaaleja tehokkaammin, mikä tekee niistä hyödyllisiä optoelektroniikassa, lasertekniikassa ja muissa optisissa sovelluksissa.

"Tavallisesti luminoivat materiaalit lähettävät valoa, kun ne ovat virittyneet laserilla, ja pysyvät tummina, kun eivät ole", Skripka sanoi. "Päinvastoin, olimme yllättyneitä havaitessamme, että nanokiteemme elävät rinnakkaista elämää. Tietyissä olosuhteissa niillä on erikoinen käyttäytyminen: Ne voivat olla joko kirkkaita tai tummia täsmälleen samalla laserin viritysaallonpituudella ja -teholla."

Tätä käyttäytymistä kutsutaan sisäiseksi optiseksi bistabiiliudeksi. Nanokiteiden luontainen optinen bistabiilius on edistysaskel kohti fotonisia integroituja piirejä, jotka voivat ylittää nykyiset elektroniset ja optoelektroniset järjestelmät ja paremmalla tehohyötysuhteella.

"Fotonisten materiaalien integrointi luontaisella optisella bistabiiliudella voi tarkoittaa nopeampia ja tehokkaampia dataprosessoinnin laitteita, parantaa koneoppimisalgoritmeja ja data-analyysiä", Skripka toteaa. "Se voisi tarkoittaa myös tehokkaampia valoperustaisia laitteita, joita käytetään esimerkiksi televiestinnässä, lääketieteellisessä kuvantamisessa ja ympäristön mittauksessa."

"Löydöksemme ovat jännittävä kehitys, mutta lisää tutkimusta tarvitaan vastaamaan haasteisiin, kuten skaalautuvuus ja integrointi olemassa oleviin teknologioihin, ennen kuin löytömme löytää kodin käytännön sovelluksissa", sanoi Aritom Skripka yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Nanorakenteet mahdollistavat valoaaltoelektroniikan

Polarisaatiota hyödyntävä fotoninen prosessori