Nonlinear memristive computational spectrometer

非线性系统 分光计 光子学 计算机科学 小型化 调制(音乐) 光电子学 材料科学 电子工程 纳米技术 光学 物理 声学 量子力学 工程类
作者
Xin Li,Jie Wang,Feilong Yu,Jin Chen,Xiaoshuang Chen,Wei Lü,Guanhai Li
出处
期刊:Light-Science & Applications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41377-024-01703-y
摘要

Abstract In the domain of spectroscopy, miniaturization efforts often face significant challenges, particularly in achieving high spectral resolution and precise construction. Here, we introduce a computational spectrometer powered by a nonlinear photonic memristor with a WSe 2 homojunction. This approach overcomes traditional limitations, such as constrained Fermi level tunability, persistent dark current, and limited photoresponse dimensionality through dynamic energy band modulation driven by palladium (Pd) ion migration. The critical role of Pd ion migration is thoroughly supported by first-principles calculations, numerical simulations, and experimental verification, demonstrating its effectiveness in enhancing device performance. Additionally, we integrate this dynamic modulation with a specialized nonlinear neural network tailored to address the memristor’s inherent nonlinear photoresponse. This combination enables our spectrometer to achieve an exceptional peak wavelength accuracy of 0.18 nm and a spectral resolution of 2 nm within the 630–640 nm range. This development marks a significant advancement in the creation of compact, high-efficiency spectroscopic instruments and offers a versatile platform for applications across diverse material systems.

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