Les nanocristaux optiquement bistables peuvent stocker des informations entièrement écrites et lues par la lumière, ce qui les rend utiles pour construire des unités de mémoire optique petites et évolutives. Ces nanocristaux sont contrôlés par des lasers : l’un délivre une puissance continue, tandis que l’autre les déclenche pour émettre de la lumière après une brève impulsion. Cette fonctionnalité imite le comportement des transistors électroniques et ouvre la voie à des dispositifs dans lesquels la lumière contrôle la lumière. Image fournie par Artiom Skripka, OSU College of Science. Crédit : Artiom Skripka, Collège des sciences de l’OSU
Des scientifiques, dont un chercheur en chimie de l’Université d’État de l’Oregon, ont franchi une étape clé vers une intelligence artificielle plus rapide et plus économe en énergie, ainsi que vers le traitement des données en général, avec la découverte de nanocristaux luminescents qui peuvent passer rapidement du clair au foncé et inversement.
“Les extraordinaires capacités de commutation et de mémoire de ces nanocristaux pourraient un jour faire partie intégrante de l’informatique optique, un moyen de traiter et de stocker rapidement des informations à l’aide de particules lumineuses, qui se déplacent plus rapidement que tout ce qui existe dans l’univers”, a déclaré Artiom Skripka, professeur adjoint à l’OSU. Collège des sciences.
Publié dans Photonique naturelle, l’étude par Skripka et ses collaborateurs du Laboratoire national Lawrence Berkeley, de l’Université de Columbia et de l’Université autonome de Madrid, implique un type de matériau connu sous le nom de nanoparticules avalancheuses.
Les nanomatériaux sont de minuscules morceaux de matière mesurant entre un milliardième et un cent milliardième de mètre, et les nanoparticules en avalanche présentent une extrême non-linéarité dans leurs propriétés d’émission de lumière : elles émettent une lumière dont l’intensité peut augmenter massivement avec une légère augmentation de la l’intensité du laser qui les excite.
Les chercheurs ont étudié des nanocristaux composés de potassium, de chlore et de plomb et dopés au néodyme. En eux-mêmes, les nanocristaux KPb2Cl5 n’interagissent pas avec la lumière ; cependant, en tant qu’hôtes, ils permettent à leurs ions invités néodyme de gérer plus efficacement les signaux lumineux, ce qui les rend utiles pour l’optoélectronique, la technologie laser et d’autres applications optiques.
“Normalement, les matériaux luminescents émettent de la lumière lorsqu’ils sont excités par un laser et restent sombres lorsqu’ils ne le sont pas”, a expliqué Skripka. “En revanche, nous avons été surpris de constater que nos nanocristaux vivent des vies parallèles. Dans certaines conditions, ils présentent un comportement particulier : ils peuvent être brillants ou sombres exactement avec la même longueur d’onde et la même puissance d’excitation laser.”
Ce comportement est appelé bistabilité optique intrinsèque. La bistabilité optique intrinsèque des nanocristaux constitue une avancée vers les circuits intégrés photoniques qui pourraient surpasser les systèmes électroniques et optoélectroniques actuels, et avec une plus grande efficacité.
“Si les cristaux sont sombres au départ, nous avons besoin d’une puissance laser plus élevée pour les allumer et observer l’émission, mais une fois qu’ils émettent, nous pouvons observer leur émission à des puissances laser inférieures à celles nécessaires pour les allumer initialement”, a déclaré Skripka. . “C’est comme faire du vélo : pour le faire démarrer, il faut appuyer fort sur les pédales, mais une fois qu’il est en mouvement, il faut moins d’effort pour le faire fonctionner. Leur luminescence peut être allumée et éteinte très brusquement, comme si en appuyant sur un bouton. »
Les capacités de commutation à faible consommation des nanocristaux s’alignent sur l’effort mondial visant à réduire la quantité d’énergie consommée par la présence croissante de l’intelligence artificielle, des centres de données et des appareils électroniques, a-t-il ajouté. Non seulement les applications d’IA nécessitent une puissance de calcul importante, mais elles sont souvent limitées par les limitations associées au matériel existant, une situation que cette nouvelle recherche pourrait également résoudre.
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“L’intégration de matériaux photoniques dotés d’une bistabilité optique intrinsèque pourrait signifier des processeurs de données plus rapides et plus efficaces, améliorant ainsi les algorithmes d’apprentissage automatique et l’analyse des données”, a déclaré Skripka. “Cela pourrait également signifier des dispositifs basés sur la lumière plus efficaces, du type utilisé dans des domaines tels que les télécommunications, l’imagerie médicale et la détection environnementale.”
En outre, a-t-il ajouté, l’étude complète les efforts existants visant à développer des ordinateurs optiques puissants à usage général, basés sur le comportement de la lumière et de la matière à l’échelle nanométrique, et souligne l’importance de la recherche fondamentale pour stimuler l’innovation et la croissance économique.
“Nos découvertes constituent un développement passionnant, mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour relever des défis tels que l’évolutivité et l’intégration avec les technologies existantes avant que notre découverte ne trouve sa place dans des applications pratiques”, a déclaré Skripka.
Plus d’informations :
Bistabilité optique intrinsèque des nanocristaux à avalanche de photons, Photonique naturelle (2025). DOI : 10.1038/s41566-024-01577-x. www.nature.com/articles/s41566-024-01577-x
Fourni par l’Université d’État de l’Oregon
Citation: La découverte de nanocristaux bistables promet un calcul optique plus rapide et plus économe en énergie (3 janvier 2025) récupéré le 4 janvier 2025 sur
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