Los científicos, incluido un investigador de química de la Universidad Estatal de Oregón, han dado un paso importante hacia la memoria y la computación óptica de próxima generación con el descubrimiento de nanocristales luminosos que pueden cambiar rápidamente de claro a oscuro.
“Las extraordinarias capacidades de conmutación y memoria de estos nanocristales algún día podrían ser parte integral de la computación óptica, una forma de procesar y almacenar información más rápido que cualquier cosa en el universo utilizando partículas de luz. Viajar más rápido”, dijo Artem Skripka, profesor asistente. Facultad de Ciencias de OSU. “Nuestros hallazgos tienen el potencial de hacer avanzar la inteligencia artificial y la tecnología de la información en general”.
Publicado en fotónica de la naturaleza, El estudio de Skripka y sus colegas del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, la Universidad de Columbia y la Universidad Autónoma de Madrid involucró un tipo de material conocido como nanopartículas de avalancha.
Los nanomateriales son pequeños trozos de materia que miden entre una milmillonésima y una cien milmillonésima de metro, y las nanopartículas de avalancha son altamente no lineales en sus propiedades de emisión de luz: emiten luz. Un pequeño aumento en la intensidad puede conducir a un gran aumento en la magnitud. La intensidad del láser que los excita.
Los investigadores estudiaron nanocristales compuestos de potasio, cloro y plomo y dopados con neodimio. Por sí solos, los nanocristales de cloruro de potasio y plomo no interactúan con la luz. Sin embargo, como anfitriones, permiten que sus iones huéspedes de neodimio manejen señales de luz de manera más eficiente, lo que los hace útiles para optoelectrónica, tecnología láser y otras aplicaciones ópticas.
“Normalmente, los materiales luminiscentes emiten luz cuando son excitados por un láser y permanecen oscuros cuando no lo son”, dijo Skripka. “Por el contrario, nos sorprendió descubrir que nuestros nanocristales viven en paralelo. En determinadas condiciones, muestran un comportamiento extraño: pueden aclararse u oscurecerse bajo exactamente la misma longitud de onda y potencia de excitación láser”.
Este comportamiento se denomina estabilidad óptica intrínseca.
“Para empezar, si los cristales están oscuros, necesitamos una potencia láser alta para encenderlos y observar la emisión, pero una vez que se emiten, continúan emitiendo y podemos observar su emisión. Podemos ver con potencias láser más bajas que las que vemos”. Inicialmente era necesario cambiarlos”, dijo Skripka. “Es como andar en motocicleta: para ponerla en marcha, hay que pisar el pedal con más fuerza, pero una vez que se mueve, se necesita menos esfuerzo para mantenerla en marcha. Si presionas el botón”.
Las capacidades de conmutación de baja potencia de los nanocristales se alinean con los esfuerzos globales para reducir la cantidad de energía utilizada por la inteligencia artificial, los centros de datos y la creciente presencia de dispositivos electrónicos. Y las aplicaciones de IA no sólo requieren una potencia computacional considerable, sino que a menudo están limitadas por limitaciones asociadas con el hardware existente, una situación que esta nueva investigación también puede abordar.
“La integración de materiales fotónicos con biestabilidad óptica intrínseca podría significar procesadores de datos, algoritmos de aprendizaje automático y análisis de datos mejorados más rápidos y eficientes”, dijo Skripka. “También podría significar dispositivos basados en luz más eficientes del tipo utilizado en los campos interconectados de las telecomunicaciones, imágenes médicas, sensores ambientales y computadoras ópticas y cuánticas”.
Además, dijo, el estudio complementa los esfuerzos actuales para desarrollar potentes computadoras ópticas de uso general, basadas en el comportamiento de la luz y la materia a nanoescala, y explica la importancia de la investigación fundamental para impulsar la innovación y el crecimiento económico.
“Nuestro hallazgo es un desarrollo emocionante, pero se necesita más investigación para abordar desafíos como la escalabilidad y la integración con tecnologías existentes antes de que nuestro descubrimiento encuentre un lugar en aplicaciones prácticas”, dijo Skripka.
El Departamento de Energía de Estados Unidos, la Fundación Nacional de Ciencias y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa apoyaron la investigación, que fue dirigida por Bruce Cohen y Emory Chan de Lawrence Berkeley, P. James Suk de la Universidad de Columbia y Daniel Jack de la Universidad Autónoma de Madrid. . .
