Fontes de fótons compactas e compatíveis com CMOS atraíram muita atenção da comunidade científica e da indústria de semicondutores. À medida que o tamanho do recurso do transistor diminui continuamente, a densidade de integração e a velocidade de comutação em circuitos eletrônicos integrados aumentam exponencialmente. Isso leva a uma dissipação de energia cada vez maior das conexões elétricas entre os elementos do circuito. As interconexões ópticas (fotônicas) e seu elemento central - a fonte de fótons no chip - representam uma alternativa promissora para contornar essa limitação. No entanto, as fontes de fótons no chip de última geração mais promissoras geralmente apresentam um tamanho de escala micrométrica - 1.000 vezes maior que os transistores e impedem a integração em larga escala. Memristores, com áreas ativas na escala nanométrica ou até mesmo atômica, podem ser vantajosamente mesclados com funções ópticas para contornar essa limitação e fornecer funcionalidades versáteis.
Em um artigo recente publicado em Light:Science &Applications , pesquisadores da ETH Zurich e da Universidade da Borgonha demonstram memristores de escala atômica capazes de emitir fótons durante a comutação resistiva. Esta "Fonte de fótons atômicos", como é referido no artigo, consiste em um planar Ag/SiO amorfo_x /Pt junção com eletrodos especialmente projetados formando antenas ópticas para aumentar muito a eficiência de emissão. Uma ilustração da estrutura do dispositivo é mostrada na Figura 1a. Conforme mostrado na Figura 1b, a emissão de luz da "Fonte de fótons atômicos" pode ser detectada por uma câmera CCD. Conforme ilustrado na Figura 1c, a luz é emitida durante a formação de uma conexão elétrica entre os dois eletrodos, que é composta por átomos de prata que se juntam para formar um filamento metálico.

Os pesquisadores ainda dão uma explicação sobre a origem da emissão de luz na "Fonte de Fótons Atômicos". Com uma série de experimentos, eles demonstram que a emissão de luz decorre de um rearranjo atômico do SiO amorfo_x causada pela comutação resistiva. A composição atômica é localmente alterada, formando sítios luminescentes. Esses locais são então eletricamente excitados e emitem fótons por um processo de relaxamento radiativo.

Devido ao seu tamanho compacto e fabricação compatível com CMOS, esta "Fonte de Fótons Atômicos" poderia desencadear um novo paradigma conceitual para dispositivos operando em nível atômico com funcionalidades elétricas e ópticas incorporadas no mesmo componente em nanoescala. Como tal, ele resolve a incompatibilidade de tamanho entre as atuais fontes de fótons em chip de tamanho micrométrico e dispositivos elétricos de tamanho nanométrico.

Os memristores são uma categoria emergente de dispositivos que operam no regime de escala nanométrica, contando com um conjunto diferente de efeitos de escala atômica que permitem ajustar o valor de resistência dos dispositivos a um valor desejado. No caso das memórias de metalização eletroquímica (ECM), o tipo de memristores investigado pelos pesquisadores, os dispositivos consistem em uma pilha de metal-isolante-metal assimétrica simples e amigável ao CMOS. Ao aplicar uma voltagem, um átomo de metal ativo é oxidado em íons, vagueia ao longo do campo elétrico através do isolante para o eletrodo passivo e, eventualmente, forma um filamento metálico condutor de tamanho nanométrico.

Este processo pode ser revertido e repetido, e os dados podem ser armazenados como a resistência entre os eletrodos (estado de resistência). Além das memórias de alta densidade, os memristores atualmente recebem muita atenção para suas aplicações onde se destacam em comparação com a tecnologia CMOS, como computação neuromórfica e in-memory. Curiosamente, os memristores também podem ser vantajosamente fundidos com funções ópticas:foram introduzidos interruptores ópticos e fotodetectores controlados de forma memristiva. No entanto, até agora, a operação fotônica de um memristor depende de fontes externas ou co-integradas de fótons. + Explorar mais

Melhores memristores para computação semelhante ao cérebro