Nanophotonics |?用于片上磁光存储器读取的集成光子器件

论文导读

      信息时代爆发式的进步使得电子系统计算量需求快速增长，性能需求上面临严峻的挑战。基于光子芯片的光计算凭借其无延迟、超高速、低功耗、并行运算的特性，弥补了电子芯片的劣势。但是，如果光子芯片仅仅是实现运算功能，而待运算的数据依然存储在电子芯片中，显然，整体的工作效率依然不能得到质的飞跃。因此，发展光子芯片上的存储技术十分关键。近日，来自埃因霍温理工大学等科研人员利用自旋电子学和光子学的优势，提出了一种用于片上磁光存储器读取的集成光子器件，该工作“An integrated photonic device for on-chip magneto-optical memory reading”发表在Nanophotonics上。这项工作有望打破数据在光子芯片和电芯片之间传输受限的瓶颈，从而实现更高效率的计算。

研究背景

      我们的现代文明正在以指数级增长的速度消耗和生成各种数据，因此，设备计算能力和带宽也需要得到不断发展。其中，全光计算在提升计算速度和带宽方面具有巨大应用潜力，因为其无需传统电子芯片的参与；在相关的研究领域里也已经涌现出了大量优秀的成果，然而，在集成光子芯片中实现数据存储依然是一大难题，研究人员也相继提出了各种基于不同机制的光学存储器来替代电子存储器。考虑到传统磁性非易失性存储器的高存储密度及其完善的晶圆规模生产能力，发展集成磁光子学领域将是战略性的一步。

技术突破

      为了克服从非易失性存储器中检索信息时电子和光学域之间来回信号转换的能量和速度瓶颈，本研究提出了一种用于片上磁光存储器读取的集成光子器件。存储器组件的磁化方向反转会进一步导致器件中InP膜所产生的极性磁光克尔效应的反转，进而引起了波导中TE和TM模式之间的部分模式转换，从而使器件根据其编码的内存状态产生不同的光波传输模式。实验表明，在散粒噪声受限的情况下，该设计的内存读出的理论带宽可超过 50 Gbits∕s。

观点评述

      本文结合了自旋电子学和光子学的优势，提出了一种用于片上磁光存储器读取的集成光子器件，利用InP薄膜和磁光克尔效应实现了非易失性磁性存储器的磁光学读数；当前的器件设计可实现数十Gbits/s的内存读出带宽的理论极限，为使用集成光子芯片实现高速计算和数据存储奠定了良好的基础。

• PhotoniX 属同行评议、开放获取（OA）高影响力国际期刊。是中国光学工程学会会刊，由中国光学工程学会、上海理工大学和西湖大学共同主办，由Springer Nature集团出版。上海理工大学顾敏院士和西湖大学仇旻教授担任期刊主编，庄松林院士担任期刊名誉主编。期刊拥有强大的国际编委和编辑团队。PhotoniX 主要报道国内外光学与光子学技术与信息、能源、材料、生命、精密制造、纳米、光电子器件、微纳米电子等学科交叉融合发展带来的颠覆性科研成果和最新的工程应用进展。以展现具有前沿性、多学科交叉和衍生性特点的技术为核心，成为推动国际前沿“使能技术”的平台。

• PhotoniX 现已被SCIE、SCOPUS、DOAJ、ProQuest、CNKI、INSPEC、Dimensions等多个数据库收录，并入选《2021年中国科学院文献情报中心期刊分区》。2022年6月获得首个影响因子：19.818，位列Q1区。

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