近日，惠普實(shí)驗(yàn)室（Hewlett-Packard Labs，另簡稱HPE）的研究人員發(fā)明了一種新型的憶阻器激光器。這是一種激光，它的波長可以通過電子方式移動(dòng)，而且獨(dú)特的是，憶阻器是將存儲器存儲為電阻值的器件。施加電壓會改變電阻，即使關(guān)閉設(shè)備電源，該值也會保持不變。

在IEEE International Electron Device會議上，研究人員提出，除了簡化處理器間數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓庾邮瞻l(fā)器外，新設(shè)備還可以形成超高效的腦激勵(lì)光子電路的組件。

Image: Hewlett Packard Labs 

A cross section of the hybrid silicon MOS microring laser with memristor properties.

不同顏色的光可以同時(shí)通過光纖和其他波導(dǎo)，因此可以調(diào)整波長的光子收發(fā)器將導(dǎo)致計(jì)算機(jī)和最終處理器之間的更高帶寬連接。半導(dǎo)體激光器發(fā)光的波長可以通過加熱器件或通過器件結(jié)構(gòu)中特定種類的電荷積累而改變。然而，這兩種現(xiàn)象都需要能量。

Illustration: Hewlett Packard Labs

The hybrid silicon MOS microring laser is made by bonding a compound semiconductor wafer to a silicon wafer. The oxide at the interface is part of what gives the device have memristor properties. 

另外，憶阻器是將存儲器存儲為電阻的裝置。正確的電壓信號可以改變電阻，即使電源關(guān)閉，電阻也會保持不變。

HPE實(shí)驗(yàn)室的研究員Bassem Tossoun想知道是否能制造出一種像憶阻器一樣存儲頻率的激光器。事實(shí)證明，這不僅是可能的，而且HPE在不知不覺中已經(jīng)構(gòu)建了這樣一個(gè)設(shè)備。

Tossoun開始探索的時(shí)候，他只是嘗試在由他的同事、資深研究科學(xué)家Di Liang開發(fā)的兩種設(shè)備上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這兩種設(shè)備被稱為混合硅MOS微環(huán)調(diào)制器和混合硅MOS微環(huán)激光器。

兩者都是多層結(jié)構(gòu)，基本上由同心環(huán)組成，同心環(huán)形成一個(gè)半導(dǎo)體激光器，其中嵌入一個(gè)氧化物基電容器。通過控制電容器上的電壓，不同數(shù)量的電荷在那里積累。這改變了設(shè)備的光學(xué)模式指數(shù)，即當(dāng)相位光沿波導(dǎo)傳播時(shí)，會經(jīng)歷多少延遲，從而改變發(fā)射光的波長。

“如果我們施加足夠的電壓偏置，（微環(huán)器件）能像記憶器件一樣切換嗎？Tossoun問道，而回答是肯定的，“實(shí)際上，我們一直在制造這些憶阻器，但之前并不知道。”

弄清楚它為什么起作用需要更多的努力。憶阻器通常是兩個(gè)金屬電極，中間夾著一小塊絕緣體，如氧化鈦。在自然狀態(tài)下，通過絕緣體的電阻很高。但有了足夠的電壓，絕緣體中的氧原子就會電離，遷移到電極上，留下導(dǎo)電絲，降低電阻。這是一個(gè)可逆的過程，當(dāng)然，轉(zhuǎn)換電壓會驅(qū)動(dòng)離子回到原來的位置，并消除傳導(dǎo)路徑。

Image: Hewlett Packard Labs

When the laser is in its low-resistance state, heat shifts its output to a longer wavelength. 

實(shí)驗(yàn)和模擬顯示，當(dāng)器件處于低電阻狀態(tài)時(shí)，它會加熱，延長（紅移）輸出光的波長。當(dāng)它處于高電阻狀態(tài)時(shí)，電荷載流子會聚集在縮短（藍(lán)移）器件波長的氧化物周圍。（我們已經(jīng)知道，在關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)一步提高電壓可以進(jìn)一步將微環(huán)激光器推向藍(lán)色，使波長偏移是其他方法的10億分之一。）在Tossoun使用的設(shè)備中，這種切換發(fā)生在75納秒左右，但只發(fā)生在1納米左右的波長上。

目前該小組正在探索用它們設(shè)計(jì)神經(jīng)形態(tài)的光學(xué)電路。Liang說：“從長遠(yuǎn)來看，對于我們的宏偉前景來說，現(xiàn)在已經(jīng)有了構(gòu)建一個(gè)集成內(nèi)存、計(jì)算和高速光互連的系統(tǒng)的基石 -- 這是我們第一次將所有這些集成在同一個(gè)芯片上。憶阻器激光組件開辟了一個(gè)新領(lǐng)域，將我們的能力從光學(xué)通信擴(kuò)展到光學(xué)和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算以及其他領(lǐng)域。”