Mémoire électro-optique basée sur la polarisation de la lumière

Abstrait

L'intégration de la polarisation de la lumière dans les mémoires non volatiles permet un traitement de l'information résolu en angle, ouvrant la voie à de nouveaux canaux photoniques pour la communication, le calcul et l'imagerie. Cependant, les mémoires sensibles à la polarisation restent rares. Nous présentons ici un transistor à effet de champ ferroélectrique bidimensionnel à base de disulfure de rhénium (ReS₂) et d'oxyde d'hafnium-zirconium (Hf₀,₅Zr₀,₅O₂, HZO), dans lequel la séparation de charges induite par le champ électrique réalise une mémoire résolue en polarisation. La redistribution des porteurs photogénérés à l'interface de l'hétérostructure établit un champ électrostatique interfacial qui module les domaines ferroélectriques de HZO et encode des états non volatils. Nous observons également que la contrainte de compression interfaciale induite par le désaccord de maille raccourcit la liaison Re-Re, ce qui augmente l'anisotropie de la chaîne Re-Re d'un facteur 3,7 (de 2,67 à 9,98). Intégré dans des réseaux pour réseaux neuronaux photoniques, le dispositif atteint une précision supérieure à 93 % sur un modèle de transformateur. Tirant parti de la propriété de commutation cumulative du HZO avec des signaux optiques séquentiels, le dispositif permet la multiplication et l'accumulation in situ des entrées au fil du temps, ce qui permet de réduire la surface d'un facteur 4 avec une perte de précision inférieure à 1 %. Outre l'amplitude et la phase, le dispositif électro-optique présenté permet la lecture de la polarisation optique comme information supplémentaire, ce qui augmente considérablement la densité d'information du calcul photonique. Les dispositifs de mémoire optoélectroniques sensibles à la polarisation de la lumière seraient utiles pour diverses applications photoniques, mais leur mise en œuvre est complexe. Dans cet article, les auteurs présentent des dispositifs de mémoire électro-optiques 2D ReS₂/oxyde de zirconium d'hafnium (HZO), rendus possibles par l'accumulation de photoporteurs dépendante de la polarisation à l'interface, modulant ainsi les domaines ferroélectriques du HZO.