近日，美国华盛顿大学的Zhouran Fang和Arka Majumdar等人展示了一种采用单层石墨烯作为加热元件的电学可重构硅光子平台，并基于Ge2Sb2Te5和Sb2Se3两种PCM分别构筑了宽波段开关(switch)器件和移相(phase shifter)器件。每一次开关所需的能量密度低至8.7 ± 1.4 aJ nm–3，逼近热力学理论极限(~1.2 aJ nm–3)，比当前最先进的技术低了二十倍，且具有良好的循环稳定性(>1000次开关循环)。重要的是，这种高效的石墨烯加热元件还可与介电平台(如Si3N4) 兼容，大大推动了非易失性可编程硅光子学的发展。相关工作以“Ultra-low-energy programmable non-volatile silicon photonics based on phase-change materials with graphene heaters”为题发表在《Nature Nanotechnology》上。
打开网易新闻 查看精彩图片
【石墨烯-PCM可重构平台】
整个石墨烯-PCM混合开关平台的结构如图所示，图案化的石墨烯桥横跨了220 nm的波导，上方是PCM材料(GST)，顶部采用40 nm厚的Al2O3封装防止开关过程中的氧化。二者之间10 nm厚的Al2O3薄膜可防止开关过程中PCM体积膨胀导致石墨烯的破裂(图1a, b)。整个平台的工作原理与传统相变器件类似，通过对石墨烯桥分别施加脉冲电压，实现PCM材料在晶态和非静态之间的相互转变(即SET和RESET过程)，调节PCM材料的吸收和折射率，进而实现对光信号的调制(图1e)。
打开网易新闻 查看精彩图片
热门跟贴