交叉学科
Interdisciplinary
近日,Cell Press细胞出版社旗下期刊iScience上发表了题为“Roadmap for phase change materials in photonics and beyond”的文章。文章总结了基于相变材料(PCMs)的设备面临的挑战与取得的进展,预计在这个领域的进一步研究将为开发下一代技术铺平道路。
相变材料(PCMs)展现出独特的属性,使其成为一系列应用的理想选择,尤其在活动和可重配置纳米光子器件领域。它们的超快切换速度和高稳定的相变状态不消耗能量,这些关键属性已被用于存储设备、可调空间光调制器和平面透镜的设计中。
基于PCM的设备可以分为两大类:改变次波长谐振器物理几何形状的设备和通过引入功能材料来调制周围介质的介电常数/磁导率的设备。前者包括改变相邻周期谐振器之间的近场交互或改变单个谐振器自身形状和尺寸的设备。后者涉及使用像硫属玻璃(ChGs)这样的材料,这些材料可以展示出广泛的光学属性。
面临基于PCM设备开发的最大挑战之一是提高其能源效率。虽然PCMs通过多样化的材料配置提供了多功能操作的可能性,但它们也面临着与能源效率和光学损耗相关的关键问题。为了解决这些挑战,研究人员正在探索各种策略,包括开发新的PCM组成以减少光学损耗同时保持高对比度切换属性,以及使用高度有序的取向和灵活支撑的骨架用于电驱动的PCMs。
另一个关键挑战是相变的速度。PCM从晶态到玻璃态转变的速率是定义其切换性能的关键指标。然而,淬火步骤,即通过熔化后快速淬火实现非晶化,通常被视为限制切换速度的瓶颈。熔化和随后的快速淬火的动力学主要由PCM的熔点和热导率决定。因此,正在探索降低PCM的熔点和提高热导率的策略。
尽管存在这些挑战,但在开发基于PCM的设备方面已取得重大进展。例如,将PCMs集成到神经形态计算和人工智能系统中,有可能显著提高这些系统的速度和效率。此外,将PCMs集成到光子集成电路(PICs)中,为开发可编程门阵列打开了新的可能性。
总的来说,尽管有挑战需要克服,但基于PCM的设备的开发是一个快速发展的领域,具有巨大的潜力。预计在这个领域的进一步研究和开发将带来更大的进步,为开发下一代技术铺平道路。
相关论文信息
▌论文标题:
Roadmap for phase change materials in photonics and beyond
▌论文网址:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004223020230
▌DOI:
https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.107946
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