Compacte, CMOS-compatibele on-chip fotonbronnen hebben veel aandacht getrokken in de wetenschappelijke gemeenschap en de halfgeleiderindustrie. Omdat de kenmerken van de transistor voortdurend kleiner worden, nemen de integratiedichtheid en schakelsnelheid in geïntegreerde elektronische schakelingen exponentieel toe. Dit leidt tot een steeds grotere vermogensdissipatie van elektrische verbindingen tussen circuitelementen. Optische (fotonische) interconnecties en hun kernelement - de on-chip fotonbron - vormen een veelbelovend alternatief om deze beperking te omzeilen. De meest veelbelovende state-of-the-art on-chip fotonbronnen hebben echter typisch een micrometer-schaalgrootte - 1000 keer groter dan transistors en voorkomen grootschalige integratie. Memristors, met actieve gebieden op nanometer- of zelfs atomaire schaal, zouden met voordeel kunnen worden samengevoegd met optische functies om deze beperking te omzeilen en tegelijkertijd veelzijdige functionaliteiten te bieden.

In een recent artikel gepubliceerd in Light:Science &Applications , demonstreren onderzoekers van ETH Zürich en de Universiteit van Bourgondië memristors op atomaire schaal die in staat zijn om fotonen uit te zenden tijdens resistief schakelen. Deze "Atomic Photon Source", zoals het in het artikel wordt genoemd, bestaat uit een vlakke Ag/amorfe SiO_x /Pt-junctie met speciaal ontworpen elektroden die optische antennes vormen om de emissie-efficiëntie aanzienlijk te verbeteren. Een illustratie van de apparaatstructuur is afgebeeld in figuur 1a. Zoals weergegeven in figuur 1b, kan de lichtemissie van de "Atomic Photon Source" worden gedetecteerd door een CCD-camera. Zoals geïllustreerd in figuur 1c, wordt licht uitgestraald tijdens de vorming van een elektrische verbinding tussen de twee elektroden, die bestaat uit zilveratomen die zich verzamelen om een ​​metalen gloeidraad te vormen.

De onderzoekers geven verder een verklaring over het ontstaan ​​van de lichtemissie in de 'Atomic Photon Source'. Met een reeks experimenten tonen ze aan dat de lichtemissie voortkomt uit een atomaire herschikking van het amorfe SiO_x veroorzaakt door de resistieve schakeling. De atomaire samenstelling is lokaal veranderd, waardoor luminescente plaatsen worden gevormd. Deze plaatsen worden vervolgens elektrisch geëxciteerd en zenden fotonen uit door een stralingsontspanningsproces.

Vanwege zijn compacte voetafdruk en CMOS-compatibele fabricage, zou deze "Atomic Photon Source" mogelijk een nieuw conceptueel paradigma kunnen veroorzaken voor apparaten die op atomair niveau werken met elektrische en optische functionaliteiten ingebed op dezelfde component op nanoschaal. Als zodanig lost het de mismatch in grootte op tussen de huidige ultramoderne on-chip fotonbronnen ter grootte van een micrometer en elektrische apparaten ter grootte van nanometers.

Memristors zijn een opkomende categorie apparaten die werken op nanometerschaal en vertrouwen op een andere reeks atomaire schaaleffecten die het mogelijk maken de weerstandswaarde van de apparaten op een gewenste waarde af te stemmen. In het geval van elektrochemische metallisatiegeheugens (ECM), het type memristors dat de onderzoekers hebben onderzocht, bestaan ​​de apparaten uit een eenvoudige en CMOS-vriendelijke asymmetrische metaal-isolator-metaalstapel. Bij het aanleggen van een spanning wordt een actief metaalatoom geoxideerd tot ionen, dwaalt het langs het elektrische veld door de isolator naar de passieve elektrode en vormt uiteindelijk een geleidend metalen filament van nanometerformaat.

Dit proces kan worden omgekeerd en herhaald, en gegevens kunnen worden opgeslagen als de weerstand tussen de elektroden (weerstandstoestand). Naast herinneringen met een hoge dichtheid, krijgen memristors momenteel veel aandacht voor hun toepassingen waar ze uitblinken in vergelijking met CMOS-technologie, zoals neuromorfe en in-memory computing. Interessant is dat memristors ook voordelig kunnen worden samengevoegd met optische functies:er zijn geheugengevoelig gestuurde optische schakelaars en fotodetectoren geïntroduceerd. Maar tot nu toe is de fotonische werking van een memristor afhankelijk van externe of co-geïntegreerde fotonbronnen. + Verder verkennen

Betere memristors voor hersenachtig computergebruik