Cristais que acendem e apagam dispensam lâmpadas na computação óptica

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/02/2025

A biestabilidade incomum desses cristais simplifica drasticamente seu acionamento, incluindo gravar, alterar e apagar seus estados.
[Imagem: Artiom Skripka et al. - 10.1038/s41566-024-01577-x]

Efeito avalanche

Um passo importante em direção a uma inteligência artificial mais rápida e com um consumo mais civilizado de eletricidade acaba de ser dado com a descoberta de nanocristais luminescentes que podem alternar rapidamente entre claro e escuro.

Isso significa que eles podem ser usados tanto como memória quanto para processamento, abrindo novos caminhos também para o processamento de dados em geral.

"As extraordinárias capacidades de comutação e de memória desses nanocristais poderão um dia se tornar parte integrante da computação óptica, uma maneira de processar e armazenar informações rapidamente usando partículas de luz, que viajam mais rápido do que qualquer coisa no universo," disse o professor Artiom Skripka, da Universidade do Estado do Oregon, nos EUA.

A descoberta envolve um efeito incomum, chamado "efeito avalanche", ocorrendo em nanocristais.

Tecnicamente conhecido como "fenômeno da multiplicação das cargas", o efeito avalanche foi descoberto recentemente, e gerou muito ceticismo na comunidade científica, até que esse milagre da multiplicação dos elétrons foi demonstrado de forma prática em células solares. Agora ele apareceu no fenômeno inverso, não na captação, mas na geração de luz.

"Normalmente, materiais luminescentes emitem luz quando são excitados por um laser e permanecem escuros quando não são," descreveu Skripka. "Em contraste, ficamos surpresos ao descobrir que nossos nanocristais vivem vidas paralelas. Sob certas condições, eles mostram um comportamento peculiar: Eles podem ser brilhantes ou escuros sob exatamente o mesmo comprimento de onda e potência de excitação do laser."

Os cristais são minúsculos e podem ser ligados e desligados com níveis muito baixos de energia.
[Imagem: Artiom Skripka et al. - 10.1038/s41566-024-01577-x]

Biestabilidade óptica

Os nanocristais são compostos de potássio, cloro e chumbo (KPb₂Cl₅). Por si só, eles não interagem com a luz. No entanto, como funcionam como "hospedeiros" de elementos dopantes, eles permitem que seus íons hóspedes, neste caso o neodímio, eles manipulem sinais de luz de forma muito eficiente.

Esse comportamento é chamado de biestabilidade óptica intrínseca. "Se os cristais estiverem inicialmente escuros, precisamos de uma potência de laser maior para ligá-los e observar a emissão, mas uma vez que eles emitam, podemos observar sua emissão em potências de laser menores do que precisamos para ligá-los inicialmente. Sua luminescência pode ser ligada e desligada muito abruptamente, como se apertasse um botão," disse Skripka. "É como andar de bicicleta - para fazê-la andar, você tem que pisar forte nos pedais, mas uma vez que ela está em movimento, você precisa de menos esforço para mantê-la andando."

A biestabilidade óptica intrínseca nesses nanocristais abre caminho para seu uso na fabricação circuitos integrados fotônicos, que podem ser capazes de superar os atuais sistemas eletrônicos e optoeletrônicos, e com maior eficiência.

"Integrar materiais fotônicos com biestabilidade óptica intrínseca pode significar processadores de dados mais rápidos e eficientes, aprimorando algoritmos de aprendizado de máquina e análise de dados," disse Skripka. "Também pode significar dispositivos baseados em luz mais eficientes do tipo usado em campos como telecomunicações, imagens médicas e sensoriamento ambiental."

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