Les commutateurs optiques permettent de transmettre des informations à l'aide de la lumière, ce qui sera utile pour le développement de cellules mémoires optiques ultrarapides à l'avenir. Utilisant un laser femtoseconde habituellement utilisé en chimie pour l'absorption de gaz, Des scientifiques de l'Université ITMO ont démontré comment créer un commutateur tout optique basé sur un cadre métal-organique qui peut être synthétisé in vitro. La recherche a été publiée dans la revue Angewandte Chemie .

Les appareils actuels transmettent des informations basées sur le mouvement des électrons. On s'attend à ce que les éléments de calcul fonctionnant sur des photons fonctionnent plus rapidement, plus efficacement, et consomment moins d'énergie. Mais pour réaliser le calcul optique, il est nécessaire de résoudre un certain nombre de problèmes théoriques et techniques. L'un d'eux est la réalisation fiable, contrôle de la lumière économe en énergie et à faible coût.

"Toute l'électronique numérique d'aujourd'hui est construite sur ce qu'on appelle des déclencheurs, " explique Nikita Koulachenkov, un associé de recherche junior à l'Université ITMO et l'un des auteurs de l'article. "Ce sont des dispositifs pour basculer entre deux états, zéro et un. Pour les appareils optiques qui pourraient à l'avenir remplacer nos appareils électroniques, nous avons également besoin d'un interrupteur spécial."

L'une des options pour un tel commutateur se présente sous la forme de structures métallo-organiques (MOF). Il s'agit d'une classe de matériaux fonctionnels qui combinent les propriétés des substances du réseau cristallin et des composés organiques. Mais dans le but de développer des dispositifs informatiques optiques, l'aspect le plus important est que certains MOF contiennent des composés photochromiques spéciaux capables de modifier leurs propriétés optiques lorsqu'ils sont exposés à la lumière. Ce processus, cependant, se déroule généralement sur une période relativement longue, de quelques minutes à plusieurs jours, ce qui limite considérablement l'application pratique de structures telles que les commutateurs.

Un groupe de scientifiques du laboratoire russo-français de l'Université ITMO, dirigé par Valentin Milichko, a pris une voie différente :les chercheurs ont utilisé des cadres métallo-organiques standard qui ne contiennent aucun composé photochromique et qui sont utilisés depuis longtemps dans l'industrie chimique. "Nous avons décidé d'utiliser un groupe de MOF qui démontrent la propriété de changer leur structure sous des stimuli externes tels que la pression, température et autres, " dit Nikita Kulachenkov. " Parmi ces charpentes métallo-organiques figurait HKUST-1. Il a été très bien documenté dans le domaine de l'absorption de gaz, mais personne n'aurait jamais pu penser que ses propriétés, et par conséquent, sa structure, pourraient subir des changements importants lorsqu'ils sont exposés à la lumière.

Des expériences avec les structures organo-métalliques HKUST-1 ont montré que lorsqu'elles sont soumises à une impulsion ultra-courte d'un laser infrarouge, ce MOF commence soudainement à transmettre moins de lumière. "Le nombre de photons traversant le MOF a diminué d'environ 100 fois, " explique Nikita Kulachenkov. " La période de basculement s'est élevée à plusieurs dizaines de millisecondes. C'est deux à trois commandes de mieux que celles offertes par les systèmes biologiques existants à base de MOF. »

Les chercheurs ont découvert que l'impact femtoseconde généré par le laser infrarouge est, en effet, assez pour évaporer l'eau de la charpente métallo-organique. Le MOF devient moins transparent pour la lumière émise par le laser. Mais une fois la lumière éteinte, la charpente réabsorbe les molécules d'eau de l'air et revient à son état initial.