奈米晶體可以在發光和黑暗之間快速切換,足以用於計算。最初演示中使用的一些成分可能會阻礙廣泛應用,但隨著處理需求的激增,這些發現在通往低能耗 IT 的漫長道路上取得了重大進展。
去年安裝的太陽能發電量如此之大,以至於一些專家預計世界化石燃料的消耗量可能已經達到頂峰。那些不同意這項評估的人指出能源消耗上升,特別是對於人工智慧和加密貨幣挖礦。一些研究人員希望找到更節能的方法來進行這兩種能源消耗者所依賴的計算,而不是簡單地觀察再生能源是否能夠超越快速增長的需求。
這場競賽的新進者是摻雜奈米晶體,其光態和暗態可以代表資訊儲存的「1」和「0」。奈米晶體屬於一類被稱為光學雙穩態的材料。也就是說,根據先前的曝光,它們在光發射、反射或透射方面可以處於兩種狀態之一,除非發生變化,否則任何一種狀態都會維持很長一段時間。先前的光學雙穩態範例存在嚴重缺陷,例如依賴溫度變化,這使得很難防止鄰居之間的干擾。
俄勒岡州立大學的 Artiom Skripka 博士在一份報告中表示:“通常情況下,發光材料在被激光激發時會發光,而在未被激光激發時則保持黑暗。”陳述。 「相較之下,我們驚訝地發現我們的奈米晶體具有平行的生命。在某些條件下,它們表現出一種奇特的行為:在完全相同的激光激發波長和功率下,它們可以是亮的,也可以是暗的。
如本研究所示,光學雙穩態晶體如何使用高於或低於一定程度的雷射照明寫入或擦除資訊的示意圖。
圖片來源:Artiom Skripka,俄勒岡州立大學理學院
暴露在高於一定功率的雷射下,其中一個晶體會發光,當照度低於較弱的閾值時,它們會關閉,但中間有一個很大的區域,可以保持先前的狀態。
「如果晶體一開始是暗的,我們需要更高的雷射功率來打開它們並觀察發射,但是一旦它們發射,我們就可以在比最初打開它們所需的雷射功率更低的雷射功率下觀察它們的發射,」斯克里普卡繼續說道。 「這就像騎自行車一樣——要讓它行駛,你必須用力踩踏板,但一旦它開始運動,你就需要更少的努力來保持它的前進。而且它們的發光可以突然打開和關閉,就像按下按鈕一樣。
在計算中用光子取代電子,幾十年來一直是重要的研究領域。潛在的好處是巨大的,首先是光傳播速度大大加快。
然而,事實證明,使其在實踐中發揮作用非常困難。這些晶體可能提供重要的成分。
「將光子材料與固有光學雙穩態相結合可能意味著更快、更有效率的數據處理器,從而增強機器學習演算法和數據分析,」斯克里普卡指出。 “這也可能意味著電信、醫學成像和環境感測等領域使用的更高效的光基設備。”
Skripka 及其同事展示的晶體具有分子式為 KPb 的矩陣2氯5,這可能會提醒某些人注意一個潛在問題。社會終於受夠了盡可能地嘗試替代金屬,而不是尋找新的應用。在運行的計算機中,晶體應該不是問題,但它們的存在可能會使舊機器的處理成為問題。
此外,這些晶體在摻雜之前不會發光。3+離子。釹是目前引起地緣政治緊張的所謂「稀土」之一,因為其礦石的加工過程是由中國主導, 哪個有些人擔心可能會切斷其認為敵對國家的准入。
該實驗是在冷卻至近 -200 °C (-328 °F) 的晶體上進行的,這也帶來了一些明顯的實際問題。
斯克里普卡說:“在我們的發現應用於實際應用之前,需要進行更多研究來解決可擴展性和與現有技術整合等挑戰。”
這些缺點可能被認為值得節省能源。理想情況下,現在我們知道光學雙穩態在比以前更有吸引力的情況下是可能的,進一步的研究有望找到更好的方法來完成相同的事情。
該研究發表於自然光子學。