Gli interruttori ottici consentono di trasmettere informazioni utilizzando la luce, che sarà utile per lo sviluppo di celle di memoria ottica ultraveloce in futuro. Utilizzando un laser a femtosecondi solitamente utilizzato in chimica per l'assorbimento di gas, Gli scienziati dell'Università ITMO hanno dimostrato come creare un interruttore completamente ottico basato su una struttura metallo-organica che può essere sintetizzata in vitro. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Angewandte Chemie .

I dispositivi attuali trasmettono informazioni in base al movimento degli elettroni. Si prevede che gli elementi di calcolo che operano sui fotoni funzioneranno più velocemente, Più efficiente, e consumare meno energia. Ma per realizzare il calcolo ottico, è necessario risolvere una serie di problemi teorici e ingegneristici. Uno di questi è ottenere affidabilità, controllo della luce efficiente dal punto di vista energetico ea basso costo.

"Tutta l'elettronica digitale di oggi è costruita sui cosiddetti trigger, " spiega Nikita Kulachenkov, un ricercatore associato presso l'Università ITMO e uno degli autori dell'articolo. "Questi sono dispositivi per il passaggio tra due stati, zero e uno. Per i dispositivi ottici che potrebbero in futuro sostituire i nostri dispositivi elettronici, serve anche un interruttore speciale".

Una delle opzioni per un tale interruttore si presenta sotto forma di strutture metallo-organiche (MOF). Questa è una classe di materiali funzionali che combinano le proprietà delle sostanze del reticolo cristallino e dei composti organici. Ma allo scopo di sviluppare dispositivi di calcolo ottico, l'aspetto più importante è che alcuni MOF contengono speciali composti fotocromatici in grado di modificare le proprie proprietà ottiche se esposti alla luce. Questo processo, però, di solito avviene in un periodo di tempo relativamente lungo, da alcuni minuti a diversi giorni, che pone limitazioni significative all'applicazione pratica di strutture come gli switcher.

Un gruppo di scienziati del laboratorio russo-francese dell'Università ITMO, guidato da Valentin Milichko, hanno preso una strada diversa:i ricercatori hanno utilizzato strutture metallo-organiche standard che non contengono composti fotocromatici e sono state utilizzate nell'industria chimica per molto tempo. "Abbiamo deciso di utilizzare un gruppo di MOF che dimostrano la proprietà di modificare la loro struttura sotto stimoli esterni come pressione, temperatura e altri, " dice Nikita Kulachenkov. "Tra queste strutture metallo-organiche c'era HKUST-1. È stato molto ben studiato nel campo dell'assorbimento di gas, ma nessuno avrebbe mai potuto pensare che le sue proprietà, E conseguentemente, la sua struttura, potrebbero subire cambiamenti significativi se esposti alla luce."

Esperimenti con strutture metallo-organiche HKUST-1 hanno dimostrato che quando sottoposti a un impulso ultracorto di un laser a infrarossi, questo MOF inizia improvvisamente a trasmettere meno luce. "Il numero di fotoni che passano attraverso il MOF è diminuito di circa 100 volte, " spiega Nikita Kulachenkov. "Il periodo di commutazione è stato di diverse decine di millisecondi. Si tratta di due o tre ordini migliori di quelli offerti dai sistemi organici basati su MOF esistenti".

I ricercatori hanno scoperto che l'impatto a femtosecondi generato dal laser a infrarossi è, in effetti, abbastanza per far evaporare l'acqua dalla struttura metallo-organica. Il MOF diventa meno trasparente per la luce emessa dal laser. Ma una volta spenta la luce, la struttura riassorbe le molecole d'acqua dall'aria e ritorna allo stato iniziale.