Os interruptores ópticos permitem a transmissão de informações usando luz, que será útil para o desenvolvimento de células de memória óptica ultrarrápidas no futuro. Usando um laser de femtossegundo geralmente usado em química para absorção de gás, Os cientistas da ITMO University demonstraram como criar um switch totalmente óptico baseado em uma estrutura metal-orgânica que pode ser sintetizada in vitro. A pesquisa foi publicada na revista Angewandte Chemie .

Os dispositivos atuais transmitem informações com base no movimento dos elétrons. Espera-se que elementos de computação operando em fótons funcionem mais rápido, mais eficientemente, e consomem menos energia. Mas, para realizar a computação óptica, é necessário resolver uma série de problemas teóricos e de engenharia. Um deles é obter confiança, controle de luz com baixo custo e eficiência energética.

"Todos os eletrônicos digitais de hoje são baseados nos chamados gatilhos, "explica Nikita Kulachenkov, um associado júnior de pesquisa na ITMO University e um dos autores do artigo. "Estes são dispositivos para alternar entre dois estados, zero e um. Para dispositivos ópticos que podem no futuro tomar o lugar de nossos dispositivos eletrônicos, também precisamos de um interruptor especial. "

Uma das opções para essa mudança vem na forma de estruturas orgânicas metálicas (MOFs). Esta é uma classe de materiais funcionais que combinam as propriedades das substâncias da rede cristalina e dos compostos orgânicos. Mas, para fins de desenvolvimento de dispositivos de computação óptica, o aspecto mais importante é que alguns MOFs contêm compostos fotocrômicos especiais capazes de alterar suas propriedades ópticas quando expostos à luz. Este processo, Contudo, geralmente ocorre durante um período de tempo relativamente longo, de vários minutos a vários dias, o que coloca limitações significativas na aplicação prática de estruturas como switchers.

Um grupo de cientistas do laboratório russo-francês da ITMO University, liderado por Valentin Milichko, seguiram um caminho diferente - os pesquisadores usaram estruturas metal-orgânicas padrão que não contêm nenhum composto fotocrômico e têm sido usadas na indústria química há muito tempo. "Decidimos usar um grupo de MOFs que demonstram a propriedade de alterar sua estrutura sob estímulos externos, como pressão, temperatura e outros, "diz Nikita Kulachenkov." Entre essas estruturas metal-orgânicas estava o HKUST-1. Foi muito pesquisado na área de absorção de gases, mas ninguém jamais poderia ter pensado que suas propriedades, e consequentemente, sua estrutura, pode sofrer mudanças significativas quando exposto à luz. "

Experimentos com estruturas orgânicas metálicas HKUST-1 mostraram que, quando submetidos a um pulso ultracurto de um laser infravermelho, este MOF repentinamente começa a transmitir menos luz. "O número de fótons que passam pelo MOF diminuiu cerca de 100 vezes, "explica Nikita Kulachenkov." O período de transição atingiu várias dezenas de milissegundos. Isso é dois a três pedidos melhor do que o oferecido pelos sistemas orgânicos baseados em MOF existentes. "

Os pesquisadores descobriram que o impacto do femtossegundo gerado pelo laser infravermelho é, na verdade, o suficiente para evaporar a água da estrutura metal-orgânica. O MOF se torna menos transparente para a luz emitida por laser. Mas uma vez que a luz está apagada, a estrutura reabsorve as moléculas de água do ar e retorna ao seu estado inicial.