Инженеры HPE изобрели мемристорный лазер

В лабораториях HPE, где были созданы первые практичные мемристоры, инженеры изобрели новую разновидность таких устройств – мемристорный лазер. Частоту его излучения можно смещать электронным образом, причём это изменение сохраняется даже после выключения питания лазера.
 
Главная идея этого изобретения состояла в том, чтобы скомбинировать два устройства, которые уже были созданы в HPE в ходе предыдущих исследований: гибридный кремниевый микрокольцевой МОП-модулятор и гибридный кремниевый микрокольцевой МОП-лазер. Оба они имеют многослойную структуру и в основном состоят из концентрических колец, которые и формируют диодный лазер со встроенным в него оксидным конденсатором (мемристором).

Изменяя напряжение, подаваемое на этот конденсатор, в нем можно накапливать разное количество заряда. Оказалось, что это изменяет индекс оптической моды устройства – величину фазовой задержки света при его прохождении по волноводу, а, следовательно и длину волны излучения.

Механизм такого переключения прояснили эксперименты и симуляции.

В естественном состоянии оксидный изолятор внутри конденсатора имеет высокое сопротивление, из-за чего выделяется больше тепла и удлиняется (так называемое красное смещение) длина волны излучения.

При достаточно высоком напряжении на конденсаторе, атомы кислорода в изоляторе ионизируются и мигрируют к электроду, оставляя после себя проводящие нити. Сопротивление снижается, нагрев уменьшается и частота излучения смещается в короткую, синюю сторону спектра.

Обратимый процесс переключения частоты в опытах занимал примерно 75 наносекунд. Длина волны менялась всего на один нанометр, но энергии на это расходовалось в миллиард раз меньше, чем при перестройке частоты лазера другими методами.

Рассказывая об этом открытии на виртуальной конференции IEEE International Electron Device Meeting (IEDM), его авторы предположили, что помимо упрощения фотонных трансиверов для обмена данными между процессорами, такие устройства могут найти применение в качестве компонентов нейроморфных схем фотоники.

«Великая перспектива в долгосрочном прогнозе состоит в том, что теперь у нас есть строительные блоки для создания системы, которая впервые объединяет память, вычислительные ресурсы и высокоскоростные оптические межсоединения на одном чипе», – заявили они.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365