近日，惠普實驗室（Hewlett-Packard Labs）的研究人員光子學研究小組的技術(shù)突破顯示，他們發(fā)明了一種新型的憶阻器激光器。這是一種激光，它的波長可以通過電子方式移動，而且獨特的是，憶阻器是將存儲器存儲為電阻值的器件。施加電壓會改變電阻，即使關(guān)閉設(shè)備電源，該值也會保持不變。在IEEE International Electron Device會議上，研究人員提出，除了簡化處理器間數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓庾邮瞻l(fā)器外，新設(shè)備還可以形成超高效的腦激勵光子電路的組件。
Image: Hewlett Packard LabsA cross section of the hybrid silicon MOS microring laser with memristor properties.
不同顏色的光可以同時通過光纖和其他波導，因此可以調(diào)整波長的光子收發(fā)器將導致計算機和最終處理器之間的更高帶寬連接。半導體激光器發(fā)光的波長可以通過加熱器件或通過器件結(jié)構(gòu)中特定種類的電荷積累而改變。然而，這兩種現(xiàn)象都需要能量。
The hybrid silicon MOS microring laser is made by bonding a compound semiconductor wafer to a silicon wafer. The oxide at the interface is part of what gives the device have memristor properties.
另外，憶阻器是將存儲器存儲為電阻的裝置。正確的電壓信號可以改變電阻，即使電源關(guān)閉，電阻也會保持不變。
HPE實驗室的研究員Bassem Tossoun想知道是否能制造出一種像憶阻器一樣存儲頻率的激光器。事實證明，這不僅是可能的，而且HPE在不知不覺中已經(jīng)構(gòu)建了這樣一個設(shè)備。Tossoun開始探索的時候，他只是嘗試在他的同事、資深研究科學家Di Liang開發(fā)的兩種設(shè)備上進行實驗，這兩種設(shè)備被稱為混合硅MOS微環(huán)調(diào)制器和混合硅MOS微環(huán)激光器。
兩者都是多層結(jié)構(gòu)，基本上由同心環(huán)組成，同心環(huán)形成一個半導體激光器，其中嵌入一個氧化物基電容器。通過控制電容器上的電壓，不同數(shù)量的電荷在那里積累。這改變了設(shè)備的光學模式指數(shù)，即當相位光沿波導傳播時，會經(jīng)歷多少延遲，從而改變發(fā)射光的波長。
“如果我們施加足夠的電壓偏置，（微環(huán)器件）能像記憶器件一樣切換嗎？Tossoun問道，而回答是肯定的，“實際上，我們一直在制造這些憶阻器，但之前并不知道?！?/p>
弄清楚它為什么起作用需要更多的努力。憶阻器通常是兩個金屬電極，中間夾著一小塊絕緣體，如氧化鈦。在自然狀態(tài)下，通過絕緣體的電阻很高。但有了足夠的電壓，絕緣體中的氧原子就會電離，遷移到電極上，留下導電絲，降低電阻。這是一個可逆的過程，當然，轉(zhuǎn)換電壓會驅(qū)動離子回到原來的位置，并消除傳導路徑。
When the laser is in its low-resistance state, heat shifts its output to a longer wavelength.
實驗和模擬顯示，當器件處于低電阻狀態(tài)時，它會加熱，延長（紅移）輸出光的波長。當它處于高電阻狀態(tài)時，電荷載流子會聚集在縮短（藍移）器件波長的氧化物周圍。（我們已經(jīng)知道，在關(guān)閉狀態(tài)下進一步提高電壓可以進一步將微環(huán)激光器推向藍色，使波長偏移是其他方法的10億分之一。）在Tossoun使用的設(shè)備中，這種切換發(fā)生在75納秒左右，但只發(fā)生在1納米左右的波長上。
現(xiàn)在確定憶阻器激光器將扮演什么角色還為時過早，Tossoun表示，該小組正在探索用它們設(shè)計神經(jīng)形態(tài)的光學電路。“從長遠來看，對于我們的宏偉前景來說，現(xiàn)在已經(jīng)有了構(gòu)建一個集成內(nèi)存、計算和高速光互連的系統(tǒng)的基石 -- 這是我們第一次將所有這些集成在同一個芯片上，”Liang說。因此，憶阻器激光組件開辟了一個新領(lǐng)域，將我們的能力從光學通信擴展到光學和神經(jīng)形態(tài)計算以及其他領(lǐng)域。
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