牛津大学Harish Bhaskaran的高级纳米级工程研究小组开发出了所谓的“有史以来第一个可以用光子或电子编程的集成纳米级设备”。与明斯特和埃克塞特大学的研究人员合作，科学家们创造了一种电光设备，他们说:“这种电光设备架起了光学和电子计算领域的桥梁；为实现更快、更节能的内存和处理器提供了一种很好的解决方案。”该小组的最新成果已发表在《科学进展》杂志上。该小组评论说：“光速计算一直是一个诱人但难以捉摸的前景，但是随着这一技术的发展，它已经接近了现实。使用光进行编码以及传输信息可以使这些过程在极限速度-光速下发生。”

尽管最近已通过实验证明了将光用于某些过程，但仍缺乏与传统计算机的电子体系结构接口的紧凑型设备。电气和基于光的计算的不兼容性从根本上源于电子和光子在其中进行交互的不同体积。电气芯片需要较小才能有效运行，而光学芯片则需要较大，因为光的波长大于电子的波长。

“第一个用光子或电子编程的集成纳米级器件。”

光压缩

为了克服这个具有挑战性的问题，科学家提出了一种将光限制为纳米尺寸的解决方案。他们创造了一种设计方案，使它们能够通过所谓的表面等离激元极化将光压缩成纳米大小的体积。尺寸的显著减小以及能量密度的显著提高，使它们能够弥合光子与电子之间明显的不兼容性，以进行数据存储和计算。更具体地，显示出通过发送电或光信号，光敏和电敏材料的状态在分子序的两个不同状态之间转换。

此外，该相变材料的状态通过光或电子设备读出，从而使该器件成为具有非易失性特性的第一电光纳米级存储单元。研究生，第一作者尼古拉斯•法玛基迪斯（Nikolaos Farmakidis）表示：“这是计算领域特别是在需要高处理效率领域中非常有前途的发展之路。”

3D设备概念的例证

合著者内森•扬布洛德（Nathan Youngblood）坚称：“这自然包括人工智能应用程序，在许多情况下对高性能、低功耗计算的需求远远超过了我们目前的能力。人们认为，将基于光的光子计算与其电气对等技术相结合是非常重要的， 是下一代CMOS技术的关键。”

“大量新颖的设备和平台”

《科学进展》论文的主要结论如下：“我们已经展示了一种非易失性纳米级电光器件，该器件能够使用PCM和纳米等离激元的协同组合实现电学和光学编程以及读出。前所未有的展示了一种完全桥接的集成与可逆且非易失性相变存储单元电光混合模式操作之间的差距。“这是通过采用等离激元设计实现的，该设计同时减少了设备的占位面积，增强了光与物质的相互作用并减少了电触点之间的间隔，从而创建了紧凑且高灵敏度的设备。我们的方法还可以直接比较两种光学器件以及在单个设备中进行电子读写操作，证明了两者的相对优缺点。

“我们平台的非易失性为通过光或电刺激开发可切换和可重新配置的元设备提供了令人兴奋的前景，从而为基于可切换的超材料光学组件提供了新颖的方法。”开发人员得出结论：“我们预计在未来几年中将会出现大量新颖的设备和平台，这将利用我们已经证明的电学和光子学领域之间的桥梁。这些设备可能预示着真正的设备级集成。具有内存计算和多级数据存储的混合光电计算平台很容易应用于这项工作。”

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