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博士在洁净室综合体验起来。图片使用的礼貌南安普敦大学

研究人员称，这种新材料在电信波长上展示了超低损失，并且可以以极低的功率切换。

光子学中的相变材料

用于通信的传统电子设备在互连级别消耗其能量的重要部分，并且它们的带宽由通信长度直接限制。使用光子而不是电子减轻了这些限制。

这就是光子学领域进入图片的地方。在光纤的波长区域中发生大部分光纤通信，其中光纤具有很小的传输损耗。在1550nm的波长下，任何光纤的损失最小。相变材料在该波长下设计和测试，以展示电信应用的益处。

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。研究硫属化物相变材料建议当通过电气或光脉冲加热相变材料（PCM）时，它可以是结晶（设定）并重叠（复位）。这不仅显着变化了电阻率，还可以显着变化PCM的光学性质。

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SB.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.（在a，c和e）和sb中₂SE._3.（在B，D和F中如图所示）。图片使用的礼貌南安普敦大学

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。

如今，数据中心有不断增加的需要处理由于在线流，云存储和云计算而导致的大量数据。beplay体育app 苹果在Covid-19期间尤其如此数据中心越来越多地重载由于停留地订单。

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。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，表明光学开关可能是在数据中心扩展摩尔法的答案。

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的光子器件可以具有较小的尺寸和较低的功耗比基于传统光电材料的装置。

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和电子产品之间的差距，并在两个领域之间的过渡，最终超越传统电子的局限性。这种突破可能是启用完整的光子集成电路（图片）的关键，但这种潜在的替代电流技术可能需要多年的时间，并且在我们看到光子计算中的跨越方面可能需要多年。