ИСТИНА

За последние десятилетия глобальный спрос на хранение и обработку данных вырос в геометрической прогрессии. Чтобы удовлетворить данный спрос, исследования были направлены на разработку энергоэффективных вычислений в памяти с использованием материалов с фазовым переходом (phase-change materials — PCMs) в фотонных интегральных схемах [1, 2]. Особый интерес представляет разработка устройств с возможностью полностью оптического переключения [2-4]. Одной из ключевых задач является снижение потребления энергии для процесса кристаллизации и аморфизации. Эта работа демонстрирует структуру цепочки кремниевых наноантенн [5], которая позволяет достичь высокой добротности до 10^4 на резонансной длине волны ~1,52 мкм. Для модуляции пропускающей и отражающей способности на центральную наночастицу наносится тонкий слой материала Ge-Sb-Se-Te (GSST) [6]. По сравнению с стандартным волноводом было показано, что цепочка наночастиц требует в ~20-40 раз меньше энергии для процесса кристаллизации и аморфизации, благодаря низкой скорости света вблизи края фотонной запрещенной зоны, что приводит к усилению локальных электромагнитных полей в этой системе. Было обнаружено, что коэффициент модуляции пропускания ∆𝑇⁄𝑇 = (Ta - Tc)/Ta (Ta - пропускание в аморфном состоянии, Tc - пропускание в кристаллическом состоянии) близко к 1 для всех материалов с фазовым переходом, рассмотренных в этой работе. Также были исследованы изменения фазового состояния, пропускной способности и температуры во время распространения лазерного импульса. Как правило, процесс аморфизации может достигать десятков пикосекунд [7], в то время как кристаллизация является узким местом. В данной работе продемонстрирован процесс кристаллизации менее чем за 50 нс при заданном лазерном импульсе. Эти результаты потенциально могут быть применены при разработке устройств с полностью оптическим переключением и в нейроморфной кремниевой фотонике. [1] W. Zhang et al., Nat. Rev. Mater., 4, 150–168 (2019) [2] F. Brückerhoff-Plückelmann et al., J. Appl. Phys., 129, 151103 (2021) [3] C. Ríos et al., Nat. Photon., 9, 725-732 (2015) [4] C. Wu et al., Nat. Commun., 12, 96 (2021) [5] L. Ding et al, ACS Photonics, 4, 1001–1008 (2020) [6] D. Sahoo et al., Mater. Res. Bull., 148, 111679 (2021) [7] L. Waldecker, et al., Nat. Mater. 14, 991–995 (2015)