นาโนคริสตัลเรืองแสงที่สลับอย่างรวดเร็วสามารถทำให้การคำนวณพลังงานต่ำ

นาโนคริสตัลถูกสร้างขึ้นมาซึ่งสามารถสลับระหว่างการเรืองแสงและความมืดได้เร็วพอที่จะใช้ในการคำนวณ ส่วนผสมบางอย่างที่ใช้ในการสาธิตครั้งแรกอาจเป็นอุปสรรคต่อการใช้งานอย่างแพร่หลาย แต่การค้นพบนี้ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในเส้นทางอันยาวไกลไปสู่ไอทีที่ใช้พลังงานต่ำ เนื่องจากความต้องการในการประมวลผลพุ่งสูงขึ้น

เมื่อปีที่แล้วมีการติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์จำนวนมากจนผู้เชี่ยวชาญบางคนคาดว่าทั่วโลกจะมีการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลอาจจะถึงจุดสูงสุดแล้ว- ผู้ที่ไม่เห็นด้วยกับการประเมินนี้ชี้ไปที่การใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับ AI และการขุดสกุลเงินดิจิทัล แทนที่จะเพียงแค่ดูว่าพลังงานหมุนเวียนสามารถแซงหน้าความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วหรือไม่ นักวิจัยบางคนหวังว่าจะหาวิธีที่ประหยัดพลังงานมากขึ้นในการคำนวณที่หมูพลังงานสองตัวนี้ต้องพึ่งพา

ผู้เข้าร่วมรายใหม่ในการแข่งขันนี้คือนาโนคริสตัลเจือ ซึ่งสถานะของแสงและความมืดสามารถเป็นตัวแทนของค่าหนึ่งและศูนย์ในการจัดเก็บข้อมูลได้ นาโนคริสตัลอยู่ในประเภทวัสดุที่เรียกว่า bistable แบบออปติก กล่าวคือ สถานะเหล่านี้อาจอยู่ในสถานะใดสถานะหนึ่งจากสองสถานะในแง่ของการปล่อยแสง การสะท้อน หรือการส่งสัญญาณ ขึ้นอยู่กับการสัมผัสครั้งก่อน และสถานะใดสถานะหนึ่งจะคงอยู่เป็นระยะเวลานาน เว้นแต่จะมีการเปลี่ยนแปลงใดๆ ตัวอย่างก่อนหน้านี้ของความเสถียรทางแสงได้รับความเดือดร้อนจากข้อบกพร่องร้ายแรง เช่น ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่ทำให้ยากต่อการป้องกันการรบกวนระหว่างเพื่อนบ้าน

“โดยปกติแล้ว วัสดุเรืองแสงจะเปล่งแสงเมื่อถูกเลเซอร์ตื่นเต้น และจะยังคงมืดเมื่อไม่ได้เป็นเช่นนั้น” ดร. Artiom Skripka จาก Oregon State University กล่าวในคำแถลง- “ในทางตรงกันข้าม เราประหลาดใจที่พบว่านาโนคริสตัลของเรามีชีวิตคู่ขนานกัน ภายใต้เงื่อนไขบางประการ พวกมันจะแสดงพฤติกรรมที่แปลกประหลาด: พวกมันอาจสว่างหรือมืดก็ได้ภายใต้ความยาวคลื่นและกำลังการกระตุ้นด้วยเลเซอร์ที่เท่ากันทุกประการ”

การสัมผัสกับเลเซอร์ที่สูงกว่ากำลังที่กำหนดจะทำให้คริสตัลตัวใดตัวหนึ่งสว่างขึ้น และเมื่อการส่องสว่างลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่อ่อนกว่า มันก็จะดับลง แต่มีโซนขนาดใหญ่อยู่ระหว่างตำแหน่งที่สถานะก่อนหน้ายังคงอยู่

“ถ้าคริสตัลเริ่มมืด เราต้องใช้พลังงานเลเซอร์ที่สูงกว่าเพื่อเปิดสวิตช์และสังเกตการแผ่รังสี แต่เมื่อคริสตัลปล่อยออกมา เราสามารถสังเกตการแผ่รังสีด้วยพลังงานเลเซอร์ต่ำกว่าที่เราต้องใช้ในการเปิดเครื่องในตอนแรก” Skripka กล่าวต่อ . “มันเหมือนกับการขี่จักรยาน – ในการที่จะไปได้ คุณต้องเหยียบคันเร่งแรง ๆ แต่เมื่อมันเคลื่อนที่แล้ว คุณจะต้องออกแรงน้อยลงเพื่อจะเหยียบต่อไป และสามารถเปิดและปิดการเรืองแสงได้ในทันทีราวกับกดปุ่ม”

ซึ่งจะแทนที่อิเล็กตรอนในการคำนวณด้วยโฟตอนของแสง เป็นงานวิจัยที่ยอดเยี่ยมมานานหลายทศวรรษ ประโยชน์ที่เป็นไปได้มีมากมายมหาศาล โดยเริ่มจากความเร็วที่แสงเดินทางได้มากขึ้นอย่างมาก

อย่างไรก็ตาม การทำให้ใช้งานได้จริงนั้นเป็นเรื่องยาก ผลึกเหล่านี้อาจเป็นส่วนประกอบที่สำคัญ

“การบูรณาการวัสดุโฟโตนิกเข้ากับความเสถียรทางแสงที่แท้จริงอาจหมายถึงตัวประมวลผลข้อมูลที่เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น เพิ่มประสิทธิภาพอัลกอริธึมการเรียนรู้ของเครื่องและการวิเคราะห์ข้อมูล” Skripka กล่าว “มันยังอาจหมายถึงอุปกรณ์ที่ใช้แสงที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นประเภทที่ใช้ในสาขาต่างๆ เช่น โทรคมนาคม การสร้างภาพทางการแพทย์ และการตรวจจับสิ่งแวดล้อม”

คริสตัล Skripka และเพื่อนร่วมงานแสดงให้เห็นว่ามีเมทริกซ์ที่มีสูตร KPb₂Cl₅ซึ่งอาจแจ้งเตือนบางคนถึงปัญหาที่อาจเกิดขึ้นอย่างหนึ่ง ในที่สุดสังคมก็ป่วยมากพอแล้วเพื่อพยายามเปลี่ยนโลหะทุกครั้งที่เป็นไปได้ ไม่ใช่โดยการค้นหาการใช้งานใหม่ๆ ในคอมพิวเตอร์ที่ใช้งาน คริสตัลไม่น่าจะเป็นปัญหา แต่การมีอยู่ของคริสตัลอาจทำให้การกำจัดเครื่องจักรที่ใช้แล้วเป็นปัญหา

นอกจากนี้คริสตัลเหล่านี้จะไม่ส่องสว่างจนกว่าจะเจือด้วย3^-ไอออน นีโอไดเมียมเป็นหนึ่งในสิ่งที่เรียกว่า “ธาตุหายาก” ซึ่งปัจจุบันก่อให้เกิดความกระวนกระวายใจทางภูมิรัฐศาสตร์เนื่องจากการแปรรูปแร่ของพวกมันถูกครอบงำโดยจีน, ที่บางคนกลัวสามารถตัดการเข้าถึงของประเทศที่ถือว่าเป็นศัตรูได้

การทดลองนี้ทำกับผลึกที่ถูกทำให้เย็นลงถึงเกือบ -200 °C (-328 °F) ซึ่งยังมีปัญหาในทางปฏิบัติบางประการที่ชัดเจนอีกด้วย

“จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อจัดการกับความท้าทายต่างๆ เช่น ความสามารถในการขยายขนาดและการบูรณาการกับเทคโนโลยีที่มีอยู่ ก่อนที่การค้นพบของเราจะพบการใช้งานจริง” Skripka กล่าว

ข้อเสียเหล่านี้อาจถูกตัดสินว่าคุ้มค่ากับการประหยัดพลังงาน ตามหลักการแล้ว ตอนนี้เรารู้แล้วว่าความสามารถในการบิดตัวของแสงนั้นเป็นไปได้ภายใต้สถานการณ์ที่น่าดึงดูดมากกว่าที่ทำได้ก่อนหน้านี้ หวังว่าการวิจัยเพิ่มเติมจะพบวิธีที่ดีกว่าในการทำสิ่งเดียวกัน

การศึกษานี้ตีพิมพ์ในโฟโตนิกส์ธรรมชาติ-