Kompakta, CMOS-kompatibla fotonkällor på chip har rönt stor uppmärksamhet hos forskarvärlden och halvledarindustrin. Eftersom transistorns funktionsstorlek kontinuerligt skalas ner, ökar integrationstätheten och kopplingshastigheten i integrerade elektroniska kretsar exponentiellt. Detta leder till en allt större effektförlust från elektriska anslutningar mellan kretselement. Optiska (fotoniska) sammankopplingar och deras kärnelement - fotonkällan på chipet - representerar ett lovande alternativ för att kringgå denna begränsning. Men de mest lovande toppmoderna fotonkällorna på chip har vanligtvis en storlek i mikrometerskala - 1 000 gånger större än transistorer och förhindrar storskalig integration. Memristorer, med aktiva områden i nanometer- eller till och med atomär skala, skulle med fördel kunna slås samman med optiska funktioner för att kringgå denna begränsning samtidigt som de tillhandahåller mångsidiga funktioner.

I en ny artikel publicerad i Light:Science &Applications , visar forskare från ETH Zürich och University of Burgundy memristorer i atomskala som kan sända ut fotoner under resistiv omkoppling. Denna "atomiska fotonkälla", som den hänvisas till i tidningen, består av en plan Ag/amorf SiO_x /Pt-övergång med specialkonstruerade elektroder som bildar optiska antenner för att förbättra emissionseffektiviteten avsevärt. En illustration av anordningens struktur visas i figur la. Som visas i figur 1b kan ljusemissionen från "Atomic Photon Source" detekteras av en CCD-kamera. Som illustreras i figur 1c sänds ljus ut under bildandet av en elektrisk förbindelse mellan de två elektroderna, som består av silveratomer som samlas för att bilda en metallisk filament.

Forskarna ger vidare en förklaring om ursprunget till ljusemissionen i "Atomic Photon Source". Med en rad experiment visar de att ljusemissionen härrör från en atomär omarrangemang av det amorfa SiO_x orsakad av den resistiva omkopplingen. Atomsammansättningen är lokalt förändrad och bildar självlysande platser. Dessa platser exciteras sedan elektriskt och emitterar fotoner genom en strålningsavslappningsprocess.

På grund av dess kompakta fotavtryck och CMOS-kompatibla tillverkning, kan denna "Atomic Photon Source" potentiellt utlösa ett nytt konceptuellt paradigm för enheter som arbetar på atomnivå med elektriska och optiska funktioner inbäddade i samma nanoskala komponent. Som sådan löser det storleksfelet mellan nuvarande mikrometerstora state-art fotonkällor på chip och nanometerstora elektriska enheter.

Memristorer är en framväxande kategori av enheter som arbetar i nanometerskalaregimen, som förlitar sig på en annan uppsättning atomskaleffekter som gör det möjligt att ställa in enheternas resistansvärde till ett önskat värde. När det gäller elektrokemiska metalliseringsminnen (ECM), den typ av memristorer som undersökts av forskarna, består enheterna av en enkel och CMOS-vänlig asymmetrisk metall-isolator-metallstack. När en spänning appliceras oxideras en aktiv metallatom till joner, vandrar längs det elektriska fältet genom isolatorn till den passiva elektroden och bildar så småningom en nanometerstor ledande metalltråd.

Denna process kan vändas och upprepas, och data kan lagras som motståndet mellan elektroderna (resistanstillstånd). Förutom högdensitetsminnen får memristorer för närvarande mycket uppmärksamhet åt sina applikationer där de utmärker sig jämfört med CMOS-teknik, såsom neuromorf och in-memory computing. Intressant nog kan memristorer också med fördel slås samman med optiska funktioner:memristivt styrda optiska omkopplare och fotodetektorer har introducerats. Ändå är den fotoniska driften av en memristor än så länge beroende av externa eller samintegrerade fotonkällor. + Utforska vidare

Bättre memristorer för hjärnliknande beräkningar