“光子雪崩”纳米粒子为下一代计算机组件的微型化和高速化提供创新路径

美国劳伦斯·伯克利实验室、哥伦比亚大学和西班牙马德里自治大学的国际科研团队在《自然·光子学》杂志上公布了一项具有里程碑意义的科研成果。他们成功利用一种名为“光子雪崩”的纳米粒子，研制出了一种全新的光学计算材料，这一突破性进展为纳米级光学存储器和晶体管的生产开辟了新的可能性，同时也为下一代计算机组件的微型化和高速化提供了创新路径。

在传统的光学计算中，光学双稳态是一种关键特性，它允许材料在两种不同的光学状态（例如，明亮发光或完全不发光）之间进行切换。

这种特性对于构建高效的光学计算机至关重要，然而，光学双稳态现象几乎仅在体积较大的块状材料中观察到，而这些材料的批量生产往往面临着巨大的挑战。

此次研究中，科研团队巧妙地利用了“光子雪崩”纳米粒子，实现了在纳米尺度上的固有光学双稳态。

他们采用掺杂了钕元素的钾铅卤化物，制造出了直径仅为30纳米的纳米粒子。

当这些纳米粒子被红外激光激发时，会展现出“光子雪崩”现象，即激光功率的微小增加都能导致纳米粒子发射光的巨大、不成比例的增加。

新研制的纳米粒子的非线性特性比原始的雪崩纳米粒子提高了三倍，这在材料科学中是一个前所未有的成就。

进一步的实验表明，这些纳米粒子不仅在激光功率高于某一特定阈值时表现出“光子雪崩”特性，即使在激光功率降至该阈值以下时，它们仍能持续发出明亮的光，只有在激光功率极低的情况下才会完全关闭。

这一特性意味着，纳米粒子能够在亮和暗的状态之间实现切换。

这种“开”和“关”阈值功率之间的显著差异，使得这些纳米粒子有望成为纳米级光学存储器的理想候选材料。

展望未来，团队计划深入探索这些光学双稳态纳米材料的新应用领域，并致力于寻找具有更高环境稳定性和更强光学双稳态性能的新配方。

这一研究成果不仅为光学计算领域带来了革命性的变化，也为纳米技术、材料科学和光电子学的发展提供了新的动力。

随着科研的不断深入，我们有理由相信，这一创新性的纳米材料将在未来的科技发展中扮演越来越重要的角色。