研究者は、発光状態を迅速に切り替えるナノ結晶を発見し、光学コンピューティングに向けた有望な進歩を提供します。
この技術は、データ処理に革命をもたらす可能性があります人工知能、電気通信や医療イメージングの能力を拡大しながら、デバイスをより速く、よりエネルギー効率の高いものにします。
ナノクリスタル技術のブレークスルー
オレゴン州立大学の化学研究者を含む科学者は、より速く、よりエネルギー効率の高い人工知能とデータ処理に向けて大きなブレークスルーを行っています。彼らは、明るい状態と暗い状態をすばやく切り替えることができる発光ナノ結晶を発見しました。
「これらのナノ結晶の並外れたスイッチングとメモリ機能は、いつか光学コンピューティングに不可欠になる可能性があります。これは、宇宙の何よりも速く移動する光粒子を迅速に処理および保存する方法です」
本日（1月3日）に公開された研究自然フォトニクス、Skripkaとの協力者によって行われましたローレンスバークレー国立研究所、コロンビア大学、およびマドリードの自治大学。彼らの研究は、驚くべき光排出特性を備えたユニークなタイプの材料である雪崩ナノ粒子に焦点を当てています。
雪崩ナノ粒子の探索
ナノマテリアルは、1億から100分の1メートルの間で測定される小さな物質のビットであり、雪崩ナノ粒子は、排出特性の極端な非線形性を備えています。
研究者は、カリウム、塩素、鉛で構成されたナノ結晶を研究し、ネオジムでドープしました。それ自体がKPB2cl5ナノ結晶は光と相互作用しません。ただし、ホストとして、ネオジムゲストイオンは光信号をより効率的に処理できるようにし、Optoelectronics、レーザー技術、その他の光学アプリケーションに役立ちます。
発光材料の独特の挙動
「通常、発光材料は、レーザーに興奮しているときに光を放ち、そうでないときは暗いままです」とSkripkaは言いました。 「対照的に、私たちのナノクリスタルは平行した生活を生きていることに驚きました。特定の条件下では、それらは独特の行動を示しています。それらはまったく同じレーザー励起波長と出力の下で明るくて暗くなることができます。」
その動作は、固有の光学的双安定性と呼ばれます。ナノクリスタルの固有の光学双安定性は、現在の電子および光電子システムを上回ることができるフォトニック積分回路への進歩であり、効率が向上します。
エネルギー効率の高い技術を進める
「最初から結晶が暗い場合、それらをオンにして放射を観察するには、より高いレーザーパワーが必要ですが、それらが放出されると、最初にそれらを切り替えるために必要なレーザーパワーでの放出を観察できます」とSkripka氏は言います。 「それは自転車に乗るようなものです。それを手に入れるには、ペダルを強く押す必要がありますが、動き続けると、それを維持するために少ない労力が必要です。
ナノクリスタルの低電力スイッチング機能は、人工知能、データセンター、電子機器の存在感によって消費されるエネルギーの量を減らすための世界的な取り組みと整合していると彼は付け加えた。また、AIアプリケーションは実質的な計算能力を必要とするだけでなく、既存のハードウェアに関連する制限によってしばしば制約されています。この新しい研究も対処できる状況です。
光学コンピューティングへの影響
「フォトニック材料を固有の光学的双安定性と統合することは、より速く、より効率的なデータプロセッサを意味する可能性があります。機械学習「アルゴリズムとデータ分析」とSkripka氏は述べています。「それはまた、電気通信、医療イメージング、環境センシングなどの分野で使用されるタイプのより効率的な光ベースのデバイスを意味する可能性があります。」
さらに、彼は、この研究は、光と物質の動作に基づいた強力で汎用の視力コンピューターを開発するための既存の取り組みを補完していると述べた。ナノスケール、そして、革新と経済成長を促進する際の基本的な研究の重要性を強調しています。
「私たちの調査結果はエキサイティングな開発ですが、発見が実用的なアプリケーションで家を見つける前に、既存のテクノロジーとのスケーラビリティや統合などの課題に対処するには、より多くの研究が必要です」とSkripka氏は述べています。
参照：「本質的な光学的双安定性光子Artiom Skripka、Zhuolei Zhang、Xiao Qi、Benedikt Ursprung、Peter Erercius、Bruce E. Cohen、P。JamesSchuck、Daniel Jaque、Emory M. Chan、2025年1月3日自然フォトニクス。
2：10.1038/s41566-024-01577-x
米国エネルギー省、国立科学財団、および防衛先進研究プロジェクト局は、マドリード自治大学のローレンス・バークレーのブルース・コーエンとエモリー・チャン、コロンビア大学のP.ジェームズ・シャック、ダニエル・ジャケが率いる研究を支援しました。
ブレークスルーを見逃さないでください：