首个激光忆阻器:可以保存波长设置,关闭电源也不会中断调节

 第一个实用的记忆电阻器诞生于惠普实验室,研究人员在该设备上发明了一种新的变体——记忆电阻器激光器。 这是一种可以通过电子方式改变波长的激光器,独特的是,即使关闭电源,也能保持对波长的调节作用。在IEEE国际电子设备会议上,研究人员提出,除了简化光子收发器以在处理器之间传输数据外,新设备还可以形成超高效的大脑激发光子电路的组件。


不同颜色的光可以同时通过光纤和其他波导传播,因此可以调节波长的光子收发器,将促使计算机之间以及最终处理器之间的更高带宽连接。半导体激光器发光的波长可以通过加热器件或通过器件结构中特定种类的电荷积累来改变。但是,两种现象都需要动力推动。


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混合硅MOS微环激光器是通过将化合物半导体晶圆粘合到硅晶圆制成的。界面处的氧化物是使器件具有忆阻器特性的部分。


单独地,将忆阻器是装置,其存储存储器为电阻。正确的电压信号可以改变电阻,即使关闭电源,该电阻也会保持不变。


HPE Labs的研究员Bassem Tossoun想知道您是否可以制造像忆阻器那样存储其频率的激光器。事实证明,HPE不仅有可能不经意间就已经构建了这样的设备。Tossoun只是通过尝试在他的同事高级研究科学家Di Liang开发的两种设备上进行实验而开始探索的,这两种设备称为混合硅MOS微环调制器和混合硅MOS微环激光器。


两者都是多层结构,基本上由同心环组成,这些同心环形成一个二极管激光器,其内部嵌入了基于氧化物的电容器。通过操纵该电容器两端的电压,可以在此电容器中积累不同数量的电荷。这会改变设备的光学模式指数(相光沿波导向下传播会产生多少延迟),从而改变发射光的波长。


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“如果施加足够的电压装置,[微环设备]可以像忆阻器一样进行切换吗?” 托森提出这个疑问。答案是肯定的。“我们实际上一直在制造这些忆阻器,只是我们自己还没意识到。”


弄清楚它为什么起作用需要更多的努力。忆阻器通常是两个金属电极,中间夹有一小片绝缘体,例如二氧化钛。在其自然状态下,绝缘子两端的电阻很高。但是在足够的电压下,绝缘子中的氧原子被离子化并迁移到电极上,留下了可降低电阻的导电丝。当然,这是一个可逆的过程,切换电压会将离子带回原位并消除导电路径。


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实验和模拟似乎表明,当该设备处于低电阻状态时,它会发热,从而延长(红移)输出光的波长。当它处于高电阻状态时,电荷载流子聚集在氧化物周围,从而缩短了器件的波长(蓝移)。(已经知道在关闭状态下进一步提高电压会进一步将微环激光器推向蓝色,使波长移动其他方法所用能量的十亿分之一。)在所使用的Tossoun设备中,切换发生在大约75十亿分之一秒,但它仅发生在大约1纳米的波长范围内。


现在确定忆阻器激光将起什么作用还为时过早,但托索恩说,该小组正在与他们一起探索神经形态光学电路的设计。“从长远来看,现在的前景是,我们有了构建模块的模块,该模块首次将内存,计算和高速光学互连都集成在同一芯片上,” Liang说。


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