硅光子学Silicon photonics，正在跨越从实验室研究发展到现实世界的产业应用，并有可能改变许多现有技术，包括光学神经网络和量子信息处理。这些应用的一个关键要素是，以超低编程能量工作的可重新配置开关，这对于传统的热光或自由载波开关来说，是极具有挑战性的命题。
基于相变材料phase-change materials，PCM非易失性可编程硅光子学的最新进展，为零静态功率的高能效光子开关，提供了强有力的解决方案，但编程能量密度，仍然很高（每立方纳米数百阿焦耳）。
今日，美国 华盛顿大学(UniversityofWashington)Zhuoran Fang，Arka Majumdar等，在Nature Nanotechnology上发文，展示了非易失性电可重构硅光子平台，该平台利用具有高能量效率和耐久性的单层石墨烯加热器。并展示了基于技术成熟的相变材料PCM碲锑锗Ge2Sb2Te5宽带开关和采用新兴低损耗相变材料PCM硒化锑Sb2Se3移相器。
石墨烯辅助的光子开关，表现出超过1,000次循环的耐久性和8.7±1.4AJnm–3编程能量密度，即在相变材料PCM热力学开关能量极限（~1.2AJnm–3）数量级内，并且与现有技术相比，开关能量至少降低了20倍。
研究表明，石墨烯是一种可靠且节能的加热器，与电介质平台（包括Si3N4）兼容，有望用于技术相关的非易失性可编程硅光子学。
Ultra-low-energy programmable non-volatile silicon photonics based on phase-change materials with graphene heaters.
基于相变材料和石墨烯加热器的超低能量可编程非易失性硅光子学。
图1：石墨烯-相变材料phase-change materials，PCM可重构硅光子平台。
图2：基于碲锑锗Ge2Sb2Te5，GST的石墨烯辅助宽带波导开关。
图3：在微环中，基于硒化锑Sb2Se3石墨烯辅助移相器。
图4：使用石墨烯-硒化锑Sb2Se3移相器的准连续相位调制。
文献链接：https://www.nature.com/articles/s41565-022-01153-w
DOI: https://doi.org/10.1038/s41565-022-01153-w
本文译自Nature。
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