Los interruptores ópticos permiten transmitir información mediante luz, que será útil para el desarrollo de celdas de memoria óptica ultrarrápidas en el futuro. Usando un láser de femtosegundos que se usa generalmente en química para la absorción de gases, Los científicos de la Universidad ITMO han demostrado cómo crear un interruptor totalmente óptico basado en un marco metal-orgánico que se puede sintetizar in vitro. La investigación ha sido publicada en la revista Angewandte Chemie .

Los dispositivos actuales transmiten información basada en el movimiento de electrones. Se espera que los elementos informáticos que operan con fotones funcionen más rápido, más eficientemente, y consume menos energía. Pero para realizar la computación óptica, es necesario resolver una serie de problemas teóricos y de ingeniería. Uno de ellos es lograr confiabilidad, Control de luz de bajo costo y eficiencia energética.

"Toda la electrónica digital actual se basa en los llamados activadores, "explica Nikita Kulachenkov, investigador asociado junior en la Universidad ITMO y uno de los autores del artículo. "Estos son dispositivos para cambiar entre dos estados, cero y uno. Para dispositivos ópticos que en el futuro podrían reemplazar a nuestros dispositivos electrónicos, también necesitamos un interruptor especial ".

Una de las opciones para tal cambio viene en forma de marcos organometálicos (MOF). Esta es una clase de materiales funcionales que combinan las propiedades de las sustancias de la red cristalina y los compuestos orgánicos. Pero a los efectos de desarrollar dispositivos informáticos ópticos, el aspecto más importante es que algunos MOF contienen compuestos fotocrómicos especiales capaces de cambiar sus propiedades ópticas cuando se exponen a la luz. Este proceso, sin embargo, generalmente se lleva a cabo durante un período de tiempo relativamente largo, de varios minutos a varios días, lo que impone importantes limitaciones a la aplicación práctica de estructuras como los conmutadores.

Un grupo de científicos del laboratorio ruso-francés de la Universidad ITMO, encabezada por Valentin Milichko, tomó un camino diferente:los investigadores utilizaron estructuras metálicas orgánicas estándar que no contienen ningún compuesto fotocrómico y se han utilizado en la industria química durante mucho tiempo. "Decidimos utilizar un grupo de MOF que demuestran la propiedad de cambiar su estructura bajo estímulos externos como la presión, temperatura y otros, ", dice Nikita Kulachenkov." Entre estos marcos organometálicos estaba HKUST-1. Fue muy bien investigado en el campo de la absorción de gases, pero nadie podría haber pensado nunca que sus propiedades, y consecuentemente, su estructura, podría sufrir cambios significativos cuando se exponga a la luz ".

Los experimentos con estructuras organometálicas HKUST-1 han demostrado que cuando se someten a un pulso ultracorto de un láser infrarrojo, este MOF de repente comienza a transmitir menos luz. "El número de fotones que pasan a través del MOF se redujo unas 100 veces, "explica Nikita Kulachenkov." El período de cambio ascendió a varias docenas de milisegundos. Esto es dos o tres pedidos mejor que lo que ofrecen los sistemas orgánicos existentes basados ​​en MOF ".

Los investigadores encontraron que el impacto de femtosegundos generado por el láser infrarrojo es, en efecto, suficiente para evaporar el agua de la estructura organometálica. El MOF se vuelve menos transparente para la luz emitida por láser. Pero una vez que la luz se apaga, el marco reabsorbe las moléculas de agua del aire y vuelve a su estado inicial.