惠普實(shí)驗(yàn)室發(fā)明首臺(tái)憶阻器激光器

近日，惠普實(shí)驗(yàn)室（Hewlett-Packard Labs）的研究人員光子學(xué)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(zhǎng)可以通過(guò)電子方式移動(dòng)，而且獨(dú)特的是，憶阻器是將存儲(chǔ)器存儲(chǔ)為電阻值的器件。施加電壓會(huì)改變電阻，即使關(guān)閉設(shè)備電源，該值也會(huì)保持不變。在IEEE International Electron Device會(huì)議上，研究人員提出，除了簡(jiǎn)化處理器間數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓庾?a target="_blank">收發(fā)器外，新設(shè)備還可以形成超高效的腦激勵(lì)光子電路的組件。

不同顏色的光可以同時(shí)通過(guò)光纖和其他波導(dǎo)，因此可以調(diào)整波長(zhǎng)的光子收發(fā)器將導(dǎo)致計(jì)算機(jī)和最終處理器之間的更高帶寬連接。半導(dǎo)體激光器發(fā)光的波長(zhǎng)可以通過(guò)加熱器件或通過(guò)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。

Illustration:Hewlett Packard Labs

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(chǔ)器存儲(chǔ)為電阻的裝置。正確的電壓信號(hào)可以改變電阻，即使電源關(guān)閉，電阻也會(huì)保持不變。

HPE實(shí)驗(yàn)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(chǔ)頻率的激光器。事實(shí)證明，這不僅是可能的，而且HPE在不知不覺(jué)中已經(jīng)構(gòu)建了這樣一個(gè)設(shè)備。Tossoun開(kāi)始探索的時(shí)候，他只是嘗試在他的同事、資深研究科學(xué)家Di Liang開(kāi)發(fā)的兩種設(shè)備上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，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(gè)半導(dǎo)體激光器，其中嵌入一個(gè)氧化物基電容器。通過(guò)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(xué)模式指數(shù)，即當(dāng)相位光沿波導(dǎo)傳播時(shí)，會(huì)經(jīng)歷多少延遲，從而改變發(fā)射光的波長(zhǎng)。

“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(wèn)道，而回答是肯定的，“實(shí)際上，我們一直在制造這些憶阻器，但之前并不知道。”

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(gè)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(guò)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(huì)電離，遷移到電極上，留下導(dǎo)電絲，降低電阻。這是一個(gè)可逆的過(guò)程，當(dāng)然，轉(zhuǎn)換電壓會(huì)驅(qū)動(dòng)離子回到原來(lái)的位置，并消除傳導(dǎo)路徑。

Image: Hewlett Packard Labs

When the laser is in its low-resistance state, heat shifts its output to a longer wavelength.

實(shí)驗(yàn)和模擬顯示，當(dāng)器件處于低電阻狀態(tài)時(shí)，它會(huì)加熱，延長(zhǎng)（紅移）輸出光的波長(zhǎng)。當(dāng)它處于高電阻狀態(tài)時(shí)，電荷載流子會(huì)聚集在縮短（藍(lán)移）器件波長(zhǎng)的氧化物周圍。（我們已經(jīng)知道，在關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)一步提高電壓可以進(jìn)一步將微環(huán)激光器推向藍(lán)色，使波長(zhǎng)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(zhǎng)上。

現(xiàn)在確定憶阻器激光器將扮演什么角色還為時(shí)過(guò)早，Tossoun表示，該小組正在探索用它們?cè)O(shè)計(jì)神經(jīng)形態(tài)的光學(xué)電路?！皬拈L(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)于我們的宏偉前景來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在已經(jīng)有了構(gòu)建一個(gè)集成內(nèi)存、計(jì)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(gè)芯片上，”Liang說(shuō)。因此，憶阻器激光組件開(kāi)辟了一個(gè)新領(lǐng)域，將我們的能力從光學(xué)通信擴(kuò)展到光學(xué)和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算以及其他領(lǐng)域。

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原文標(biāo)題：HPE發(fā)明首臺(tái)憶阻器激光器

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