Integrated all-photonic non-volatile multi-level memory

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作者
Carlos Rı́os,Matthias Stegmaier,Peiman Hosseini,Di Wang,Torsten Scherer,C. David Wright,Harish Bhaskaran,Wolfram H. P. Pernice
出处
期刊:Nature Photonics [Nature Portfolio]
卷期号:9 (11): 725-732 被引量:1236
标识
DOI:10.1038/nphoton.2015.182
摘要

Researchers use phase-change materials to demonstrate an integrated optical memory with 13.4 pJ switching energy. Implementing on-chip non-volatile photonic memories has been a long-term, yet elusive goal. Photonic data storage would dramatically improve performance in existing computing architectures1 by reducing the latencies associated with electrical memories2 and potentially eliminating optoelectronic conversions3. Furthermore, multi-level photonic memories with random access would allow for leveraging even greater computational capability4,5,6. However, photonic memories3,7,8,9,10 have thus far been volatile. Here, we demonstrate a robust, non-volatile, all-photonic memory based on phase-change materials. By using optical near-field effects, we realize bit storage of up to eight levels in a single device that readily switches between intermediate states. Our on-chip memory cells feature single-shot readout and switching energies as low as 13.4 pJ at speeds approaching 1 GHz. We show that individual memory elements can be addressed using a wavelength multiplexing scheme. Our multi-level, multi-bit devices provide a pathway towards eliminating the von Neumann bottleneck and portend a new paradigm in all-photonic memory and non-conventional computing.
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