新发现的相变材料可能是光子学的福音

上周，南安普敦大学的科学家设计的相变材料，就像他们声称，可以“彻底改变光电路”甚至取代传统电子部件。

研究员Ioannis Zeimpekis博士在洁净室中摆姿势。图片使用的礼貌南安普顿大学

研究人员表示，这种新材料在通信波长上显示出超低损耗，并且可以用非常低的功率进行切换。

光子中的相变材料

传统的通信电子设备在互连雷竞技最新app级消耗了相当大的能量，其带宽直接受到通信长度的限制。使用光子而不是电子可以减轻这些限制。

这就是光子学领域发挥作用的地方。大部分光纤通信发生在光纤传输损耗很小的波长区域。在1550纳米的波长下，任何光纤的损耗都是最小的。在这个波长上设计和测试相变材料，以证明其对电信应用的好处。

为了与电子设备竞争，光子器件需要重新编程和可重新配置，同时还提供更密集的集成和小型化。研究硫族化物相变化材料当相变材料(PCM)被电脉冲或光脉冲加热时，相变材料可以结晶(SET)和再非晶(RESET)。这不仅显著地改变了PCM的电阻率，而且还改变了其光学特性。

可以在光子学中的各种应用中利用属性的变化。

发现了一种新的相变材料

光子中的相变材料允许在状态之间非常快速地切换。南安普敦大学的研究人员发现，出于所有可用的技术，使用某人₂S._3.和SB.₂SE._3.随着相变材料表现出最低损耗。

具有SB薄膜的硅芯片的各种光学图像₂S._3.(如图a, c, e)和Sb₂SE._3.(见b, d, f)南安普顿大学

这些材料被沉积在光学芯片上，一个短的激光脉冲被用来使材料结晶并改变引导光的相位。研究人员可逆地演示了这种性质数千次。此外，该材料记忆其最后的状态，没有任何应用信号，导致显著的潜在节能。

两个SB.₂S._3.和SB.₂SE._3.在电信波长约为1550nm的电信波长高度透明，并且具有与硅光子组件相匹配的适度折射率，因此与诸如GST的传统相变材料相比提供了两个重要的优点。

当集成到硅波导上时，这些材料具有比普通使用的光学材料低的两个大小的传播损耗（GST-GE₂SB.₂te._5.)．

新的PCM如何影响电信

光电子学雷竞技最新app通过波导和光纤提供信息传输，使能显示器，存储器和集成光学传感器。电子系统用于数据存储，而在要运输数据时光子有边缘。

由于在线流媒体、云存储和云计算，数据中心对处理海量数据的需求日益增长。在COVID-19期间尤其如此数据中心越来越多地重载因为原地不动的秩序。

光互连之所以被用于数据中心，是因为与电子设备相比，光互连可以以非常高的速率传输数据，而且功率损耗要低得多。雷竞技最新app事实上，这项来自南安普顿大学的研究紧随微软和伦敦大学学院的研究之后，表明光开关可能是在数据中心推广摩尔定律的答案。

通信行业的工程师必须设计收发器、路由器和阵列波导光栅(AWG)等设备;光子集成电路在这种应用中很有用。新发现的PCM的使用证明了降低功耗和更大的数据处理的可能性。

硅光子电路的未来

南安普顿大学开发的技术与现有的硅光子电路兼容，使其可以为商业上使用的应用程序提供“技术转让”。该能力打开了神经形态计算的门，允许离子/光子的受控流动帮助人造神经元彼此连通。您可以将其与当前的深神经网络进行比较，计算复杂性高并且具有相当大的功耗。

除此之外，光子学中的这种新技术（快速相变）将刺激新兴应用的生长，如固态激光器和量子计算目前受现有材料性能的限制。

另一个原因相变材料（PCM）显示承诺是PCM，与传统材料中的光电效应不同（如SI，LINBO3），PCMS的性质可以快速且显着地改变。此外，它们可以在没有持续电气或光学偏压的情况下保持在非易失性状态。

因此，MIT的研究人员，宾夕法尼亚大学，明尼苏达大学，普渡大学和马里兰大学发现了​​这一点利用pcm的光子器件具有更小的尺寸和更低的功耗而不是基于传统光电材料的器件。

可编程光子芯片的各个部分的图。使用的图像礼貌根特大学光子学研究小组

“量子光学电路是在地平线上，需要超级丢失分量来控制和路由量子信息的下一步，”综合纳米泳道集团负责人Otto Muskens教授说。

光子学研究的主要目标之一是弥合光子学和电子学之间的差距，并在这两个领域之间架起桥梁，最终超越传统电子学的限制。雷竞技最新app这一突破可能是实现完整光子集成电路(PICs)的关键，但这种现有技术的潜在替代可能需要很多年，我们才能看到光子计算的飞跃。