研究人員發現了能在不同發光狀態之間迅速切換的奈米晶體，為光學運算提供了充滿希望的進步。這項技術可以徹底改變資料處理和人工智慧，使設備更快、更節能，同時擴展電信和醫療影像領域的功能。

包括俄勒岡州立大學化學研究員在內的科學家在更快、更節能的人工智慧和數據處理方面取得了重大突破。 他們發現了能夠在明暗狀態之間快速切換的發光奈米晶體。

奧斯陸大學理學院助理教授Artiom Skripka表示：「這些奈米晶體非凡的切換和記憶能力有朝一日可能會成為光學運算不可或缺的一部分–一種利用光粒子快速處理和儲存資訊的方法，而光粒子在宇宙中的傳播速度比任何東西都快。

这项研究今天（1月3日）发表在Nature Photonics上、 该研究由 Skripka 和来自 劳伦斯伯克利国家实验室、 哥伦比亚大学以及马德里自治大学的合作者共同完成。 他们的研究重点是阿瓦兰奇纳米粒子，这是一种具有显著发光特性的独特材料。

奈米材料是尺寸介於十億分之一米到千億分之一米之間的微小物質，其發光特性具有極強的非線性–只要激發它們的雷射的強度稍有增加，它們發出的光的強度就會大幅增加。

研究人員研究了由鉀、氯和鉛組成並摻雜釹的奈米晶體。 KPb2Cl5 奈米晶體本身並不會與光相互作用；然而，作為宿主，它們能使其釹客體離子更有效地處理光訊號，使它們在光電子學、雷射技術和其他光學應用中大顯身手。

光學雙穩態奈米晶體可以儲存完全通過光寫入和讀取的信息，因此非常適合構建小型和可擴展的光學存儲器。 這些奈米晶體由雷射控制：一個雷射器提供持續功率，而另一個則在短暫脈衝後觸發它們發光。 這種功能模仿了電子電晶體的行為，為光控制光的設備鋪平了道路。 資料來源：Artiom Skripka，OSU 理學院

Skripka 說：”通常，發光材料在受到激光激發時會發光，而在沒有受到激光激發時則保持黑暗。相比之下，我們驚訝地發現，我們的奈米晶體過著平行的生活。在特定條件下，它們表現出一種奇特的行為： 在完全相同的雷射激發波長和功率下，它們可以變亮或變暗。

這種行為稱為本徵光學雙穩態。 奈米晶體的固有光學雙穩態性是光子積體電路的一大進步，它可能會超越當前的電子和光電系統，並具有更高的效率。

“如果晶體一開始是暗的，我們就需要更高的雷射功率來開啟它們並觀察發射，但一旦它們發射了，我們就可以用比開啟它們所需的雷射功率更低的雷射功率來觀察它們的發射。按下按鈕一樣突然開啟或關閉。

他補充說，奈米晶體的低功耗開關功能與全球為減少人工智慧、資料中心和電子設備日益增長的能耗所做的努力不謀而合。 人工智慧應用不僅需要強大的運算能力，還經常受到現有硬體的限制，而這項新研究也可以解決這個問題。

“整合具有內在光學雙穩態性的光子材料意味著更快、更有效率的資料處理器，從而增強機器學習演算法和資料分析，”Skripka說。 “這也意味著電信、醫療成像和環境感測等領域使用的光基設備將更有效率。”

這項研究補充了目前開發功能強大的通用光學電腦的努力，這種電腦是基於光和物質在奈米尺度上的行為，並強調了基礎研究在推動創新和經濟成長方面的重要性。

這是一項令人興奮的進展，但在實際應用中找到用武之地之前，還需要更多的研究來解決可擴展性和與現有技術整合等挑戰。

編譯自/ scitechdaily