作者单位
摘要
国防科技大学 电子科学学院,长沙 410073
结合相变材料与马赫-曾德尔干涉仪调制器结构,设计了一种包含ITO微加热器的非易失性光子多值器件,通过对相变材料的结构参数进行仿真,优化了器件的调制窗口。同时对ITO微加热器的结构进行仿真设计,使微加热器的效率更高,更容易实现器件的多值调制。测试表明,该器件在施加电脉冲的过程中实现了超过32个状态(5 bit)的多值调制。这种电调制的非易失性光子多值器件为大规模的非易失性可配置光子硬件神经网络提供了基础的单元。
非易失性 光子器件 马赫-曾德尔干涉仪 相变材料 硒化锑 氧化铟锡 多值 Nonvolatile Photonic devices Mach-Zehnder interferometer Phase change material SbSe ITO Multi-level 
光子学报
2024, 53(1): 0123001
Author Affiliations
Abstract
1 Institute for Advanced Materials, South China Normal University, Guangzhou 510006, P. R. China
2 Guangdong Provincial Key Laboratory of Optical Information Materials and Technology, South China Normal University, Guangzhou 510006, P. R. China
3 Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201204, P. R. China
4 School of Physics and Microelectronics, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, P. R. China
5 Key Laboratory of Brain-Like Neuromorphic Devices and Systems of Hebei Province, Hebei University, Baoding 071002, P. R. China
6 Laboratory of Solid State Microstructures and Innovation Center of Advanced, Nanjing 210093, P. R. China
Ferroelectric tunnel junction (FTJ) has attracted considerable attention for its potential applications in nonvolatile memory and neuromorphic computing. However, the experimental exploration of FTJs with high ON/OFF ratios is a challenging task due to the vast search space comprising of ferroelectric and electrode materials, fabrication methods and conditions and so on. Here, machine learning (ML) is demonstrated to be an effective tool to guide the experimental search of FTJs with high ON/OFF ratios. A dataset consisting of 152 FTJ samples with nine features and one target attribute (i.e., ON/OFF ratio) is established for ML modeling. Among various ML models, the gradient boosting classification model achieves the highest prediction accuracy. Combining the feature importance analysis based on this model with the association rule mining, it is extracted that the utilizations of {graphene/graphite (Gra) (top), LaNiO3 (LNO) (bottom)} and {Gra (top), Ca0.96Ce0.04MnO3 (CCMO) (bottom)} electrode pairs are likely to result in high ON/OFF ratios in FTJs. Moreover, two previously unexplored FTJs: Gra/BaTiO3 (BTO)/LNO and Gra/BTO/CCMO, are predicted to achieve ON/OFF ratios higher than 1000. Guided by the ML predictions, the Gra/BTO/LNO and Gra/BTO/CCMO FTJs are experimentally fabricated, which unsurprisingly exhibit 1000 ON/OFF ratios (8540 and 7890, respectively). This study demonstrates a new paradigm of developing high-performance FTJs by using ML.Ferroelectric tunnel junction (FTJ) has attracted considerable attention for its potential applications in nonvolatile memory and neuromorphic computing. However, the experimental exploration of FTJs with high ON/OFF ratios is a challenging task due to the vast search space comprising of ferroelectric and electrode materials, fabrication methods and conditions and so on. Here, machine learning (ML) is demonstrated to be an effective tool to guide the experimental search of FTJs with high ON/OFF ratios. A dataset consisting of 152 FTJ samples with nine features and one target attribute (i.e., ON/OFF ratio) is established for ML modeling. Among various ML models, the gradient boosting classification model achieves the highest prediction accuracy. Combining the feature importance analysis based on this model with the association rule mining, it is extracted that the utilizations of {graphene/graphite (Gra) (top), LaNiO3 (LNO) (bottom)} and {Gra (top), Ca0.96Ce0.04MnO3 (CCMO) (bottom)} electrode pairs are likely to result in high ON/OFF ratios in FTJs. Moreover, two previously unexplored FTJs: Gra/BaTiO3 (BTO)/LNO and Gra/BTO/CCMO, are predicted to achieve ON/OFF ratios higher than 1000. Guided by the ML predictions, the Gra/BTO/LNO and Gra/BTO/CCMO FTJs are experimentally fabricated, which unsurprisingly exhibit 1000 ON/OFF ratios (8540 and 7890, respectively). This study demonstrates a new paradigm of developing high-performance FTJs by using ML.
Machine learning ferroelectric tunnel junctions ON/OFF ratio nonvolatile memory 
Journal of Advanced Dielectrics
2022, 12(3): 2250005
作者单位
摘要
中国科学院 航空光学成像与测量重点实验室, 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所吉林 长春130033
为便于工业应用,设计了具有人机交互界面的步进电机控制器。该控制器具有独立的编程指令。用户可通过PC机运行的程序编译软件完成应用程序的编写、自定义图像的选取及寄存器参数的设置。程序编译软件将上述信息通过串行总线传送给步进电机控制器,并保存在非易失性存储器中。步进电机控制器读取、解译并执行应用程序。该系统中配置有液晶显示器,实时显示操作信息;同时配有键盘,便于用户在工业现场修改应用程序或寄存器参数。整个系统以片上外设丰富的Cortex-M3核ARM芯片为核心,对系统指令、人机交互键盘、非易失性存储及LCD显示模块的设计进行了详细分析,并给出了系统设计显示结果。结果显示:LCD显示信息与用户按键命令同步,非易失性模块数据存储可靠,系统运行结果良好。
人机交互 步进电机控制器 液晶显示器 非易失性存储器 human-computer interaction stepping motor controller LCD nonvolatile memory 
液晶与显示
2012, 27(4): 515
作者单位
摘要
哈尔滨工业大学 物理系,哈尔滨 150001
为了提高晶体的非易失存储性能,采用双波长存储技术实验研究了LiNbO3∶In∶Fe∶Cu晶体中的非易失存储,折射率调制度为1.04×10-4,记录灵敏度达到0.965 cm/J.与传统的双色非易失记录相比,该方法大幅度地提高了光栅的强度和记录的灵敏度.利用Kukhtarev带输运模型对双波长非易失记录过程中光栅的动态演化过程进行了数值模拟,同时讨论了氧化还原程度对双波长非易失全息记录的影响.理论与实验符合的较好.
非易失记录 蓝光光折变 灵敏度 LiNbO3∶In∶Fe∶Cu晶体 Nonvolatile recording Blue photorefraction Sensitivity LiNbO3∶In∶Fe∶Cu crystal 
光子学报
2009, 38(7): 1675
作者单位
摘要
燕山大学 信息科学与工程学院 光电子工程系,秦皇岛 066004
为了研究近化学计量比Ce:Fe:LiNbO3晶体的非挥发全息存储固定,测试了晶体的光谱特性,发现近化学计量比Ce:Fe:LiNbO3晶体较同成分Ce:Fe:LiNbO3晶体的红外透射谱变窄,峰值位于3466cm-1处;而紫外光谱发生紫移。并采用单、双光子存储方法进行了理论分析和实验验证。结果表明,单光子照射实验中,用汞灯预照晶体比不用汞灯预照的衍射效率要高;而双光子存储的性能参量明显优于单光子存储的性能参量。
非线性光学 非挥发全息存储 光谱分析 二波耦合 nonlinear optics nonvolatile holographic storage spectrum analysis two-wave coupling 
激光技术
2009, 33(3): 287
作者单位
摘要
1 上海大学机械自动化学院精密机械工程系, 上海 200072
2 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学实验室, 上海 201800
为了对在LiNbO3:Ce:Cu晶体中绿光作为记录光的非挥发全息记录进行优化, 联立求解了双中心物质方程和双光束耦合波方程, 数值分析了平均空间电荷场(SCF)和衍射效率随晶体的氧化还原态、记录光与敏化光的光强比以及深浅中心的掺杂浓度的变化。结果表明, 采用绿光作为记录光在LiNbO3:Ce:Cu晶体中进行非挥发全息记录, 可以记录得到强光折变光栅, 其空间电荷场高达107 V/m;获得高达80%以上的固定衍射效率, 各相关参量都有较大的优化空间。
全息 非挥发全息记录 光折变光栅 LiNbO3:Ce:Cu晶体 衍射效率 
中国激光
2008, 35(7): 1045
作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
根据双中心带输运模型,对(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体双中心非挥发全息记录进行了理论研究与优化。推导了(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体的微观参量,采用数值方法通过严格求解模拟双中心带输运方程来模拟全息记录过程。分析了记录过程中,记录与敏化光强、Ce和Cu掺杂浓度以及晶体微观参量对(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体双中心全息记录的影响。发现(Ce,Cu)∶LiNbO3晶体非挥发全息记录中实现高衍射效率与固定效率的主导因素是深中心Cu,在记录过程中,深中心Cu建立起了很强的空间电荷场。数值模拟的结果经过实验验证,最高饱和与固定衍射效率别为60.5%和53.8%。
非线性光学 体光栅 非挥发全息记录 Cu)∶LiNbO3晶体 
光学学报
2007, 27(11): 1960
作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
采用双中心记录方案在双掺杂LiNbO3∶Fe∶Rh晶体中实现了近红外非挥发全息记录,研究了LiNbO3∶Fe∶Rh晶体在633 nm,752 nm,799 nm波长下的全息记录性能。结果表明,在使用近红外记录光时,其记录灵敏度随敏化光强的变化趋势与双中心短波长记录时的不同。通过和LiNbO3∶Fe∶Mn等传统双掺杂铌酸锂晶体的近红外波段记录效果对比,发现同时掺杂Fe和Rh可增强晶体对近红外光的吸收,获得更高的浅中心Fe光生伏特系数,从而能够在LiNbO3∶Fe∶Rh晶体中实现近红外波段的光折变全息记录。
全息 非挥发全息记录 近红外记录 LiNbO3∶Fe∶Rh晶体 
中国激光
2007, 34(10): 1398
作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所,上海 201800
研究了LiNbO3∶Cr∶Cu晶体的吸收特性,发现LiNbO3∶Cr∶Cu(含0.14wt.%Cr2O3和0.011wt.%CuO)晶体存在两个明显的吸收峰,中心波长分别位于480nm和660nm;随着Cr的含量逐渐减小,Cu的含量逐渐增大,短波段不存在明显吸收峰,掺Cr的含量越大,中心波长在660nm处的吸收越大;633nm红光虽然位于中心波长为660nm的吸收峰内,但它无助于光折变过程.分别采用390nm紫外光和488nm蓝光作为敏化光,514nm绿光作为记录光的记录方案,实现了非挥发全息记录,掺入适量的Cr(比如NCr=2.795×1025m-3,NCr/NCu=1)有助于全息记录性能的提高.
全息光学 LiNbO3∶Cr∶Cu晶体 吸收特性 非挥发全息记录 holographic optics LiNbO3 : Cr : Cu Absorption characteristic Nonvolatile holographic storage 
光子学报
2006, 35(12): 1878
作者单位
摘要
中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
分别采用514 nm绿光、488 nm蓝光和390 nm紫外光作为敏化光,633 nm红光作为记录光,详细研究了敏化光波长对氧化(Fe,Ni):LiNbO3晶体全息记录性能的影响。结果表明:随着敏化光波长的逐渐减小,氧化(Fe,Ni):LiNbO3晶体的非挥发全息记录性能逐渐优化,390 nm紫外光是这三种敏化光中最优的敏化光。考虑敏化光的吸收,为了在双中心全息记录中获得最优的性能,应当选择合适波长的敏化光:一方面短波长敏化光能有效地敏化深中心;另一方面短波长敏化光的吸收太强(如对光折变效应无用的基质吸收),不能沿厚度方向有效地敏化晶体,所以实际上需折衷考虑,并从理论上给予了解释。
全息 非挥发全息记录 Ni):LiNbO3晶体 敏化光波长 
光学学报
2006, 26(8): 1240

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