原子尺寸电驱动等离激元开关

将器件尺寸缩小到原子尺度能够极大的提高器件性能，比如高响应速度、低功耗、高集成密度等等，但从技术上来说是一个非常大的挑战。原子尺寸的器件目前多为电子器件，如单个原子的晶体管和开关等。其中，一种基于原子迁移的非挥发性忆阻器近年来得到了较多关注。它利用电场驱动的可逆原子迁移在电极之间形成原子级别的导电连接和熔断，通过这两种状态的转换实现数字开关和电致读写操作。但是，将这一技术应用于光子学器件还鲜有报道。

苏黎世联邦理工学院的研究人员在Si波导上制备了最小间距只有20 nm的Ag-Pt电极对，电极对之间填充了a-Si作为金属原子迁移的介质，同时作为光谐振腔。当在电极对之间施加电场时（Ag为正极），从I-V曲线上可以观察到器件在“关”态和“开”态之间的转变，中间所经历的电导平台对应着纳米连接中Ag原子的个数变化。同时，电极对之间的Ag线连接可以改变光学谐振腔的特性，在“关”和“开”状态下光波导中传播的模式会发生变化，表现为在两个状态之间切换时某一波长光的透过强度不同，因此实现了光开关特性。其开关比可以达到9.2dB。这一技术可以应用于原子尺寸的光子集成以及高密度存储等领域。该项工作发表在Nano Lett. 16（2016） 709-714上。

图1：等离激元开关的示意图。

图2：纳米间隙之间Ag原子迁移导致电导改变的测试结果和原理图。

图3：光学开关的测试和模拟结果。