16.01.2021

Шаг к созданию фотонного мозга: учёные HP случайно изобрели мемристорный лазер

Около десяти лет назад компания Hewlett Packard «изобрела» мемристор — элемент с управляемым сопротивлением с эффектом энергонезависимой памяти. И хотя в целом это игры маркетинга, поскольку кроме HP резистивную память разрабатывали множество компаний, исследователи Hewlett Packard Labs проделали большую работу и изобрели много нового и интересного. Например, среди уже реализованных проектов случайно обнаружились лазеры со свойствами мемристора.

Структура лазерного мемристора HPE: Источник изображения: Hewlett Packard Labs

Структура лазерного мемристора HPE: Источник изображения: Hewlett Packard Labs

Вкратце напомним, что мемристор, или, в общем случае, ячейка памяти ReRAM представляет собой диэлектрик, заключённый между двумя электродами. Управляющее напряжение ионизирует в диэлектрике, например, атомы кислорода и создаёт в нём токопроводящие нити от одного электрода к другому, что уменьшает сопротивление вещества в ячейке. Снятие напряжения не изменяет состояния ионизации, а напряжение с обратной полярностью очищает ячейку — возвращает её в состояние диэлектрика с высоким сопротивлением.

С лазерами со свойствами мемристора всё немного по-другому. В этом случае полупроводниковый лазер может запоминать длину волны, на которой он должен излучать и помнить о ней даже после снятия управляющего напряжения. Данное свойство может пригодиться при создании схем так называемой кремниевой фотоники, когда процессоры и память смогут обмениваться данными по оптическим каналам внутри кристалла. Как заявляют исследователи, мемристорный лазер показал, что все основные узлы для создания чипов на основе оптической связи можно создать на одном кристалле.

Структура под микроскопом. Источник изображения: Hewlett Packard Labs

Структура под микроскопом. Источник изображения: Hewlett Packard Labs

Как сказано выше, в Hewlett Packard Labs уже были сделаны открытия, которые позволили создать мемристорный лазер. Так, группа исследователей компании давно спроектировала такие полупроводниковые структуры, как гибридный кремниевый МОП-микрокольцевой модулятор и гибридный кремниевый микрокольцевой МОП-лазер. Другая группа исследователей занялась вопросом мемристорных свойств этих структур и нашла, что оксидный слой между двумя кристаллами, а обе структуры представляют собой два соединённых между собой кристалла, играет роль конденсатора. Заряжая этот конденсатор заданным напряжением можно заставить лазер сместить рабочую частоту излучения как в сторону красного диапазона, так и в сторону синего (в обратном направлении). При этом после снятия напряжения лазер не забывает о выставленной частоте, что, кстати, можно также использовать как эффект памяти в нейронных сетях, имитирующих работу мозга человека.

Изменение сопростивления оксидного слоя сдвигает рабочую частоту лазера. Источник изображения: Hewlett Packard Labs

Изменение сопротивления оксидного слоя сдвигает рабочую частоту лазера. Источник изображения: Hewlett Packard Labs

В настоящий момент учёные смогли сдвигать рабочую частоту лазера только в пределах одного нм, но зато за каждые 75 нс. Предстоит ещё много исследований, но перспективы у разработки интересные.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме

Поделиться ссылкой: