Dans une étude publiée dans Light: Science & Applications, le Dr Ghada Dushaq et le Professeur Mahmoud Rasras, avec des collègues de l’Université de New York à Abu Dhabi, ont révélé une nouvelle méthode de manipulation active de la lumière en utilisant des matériaux ferroïoniques 2D CCPS.
Des matériaux optiques accordables (TOMs) transforment l’optoélectronique actuelle. Dans les circuits photoniques intégrés, un contrôle précis sur l’indice de réfraction effectif est essentiel pour permettre des applications révolutionnaires. Des matériaux en 2D comme les dichalcogénures de métaux de transition (DMT) et le graphène ont des sensibilités optiques extraordinaires aux stimuli externes.
Cependant, offrir une modulation unique sur la zone infrarouge à ondes courtes (SWIR) tout en préservant un contrôle de phase précis avec une faible perte de signal dans un petit espace reste un problème majeur.
Lorsque ces matériaux sont incorporés dans des résonateurs à microrésonateurs SiPh, ils démontrent une capacité remarquable à réguler précisément l’indice effectif de réfraction sans atténuer le signal optique. Ces dispositifs intégrés présentent des pertes optiques minimales, une excellente efficacité de modulation (Vπ. L) de 0,25 V·cm, et un décalage constant vers le bleu dans les longueurs d’onde de résonance sur tous les appareils.
La capacité de modifier activement la réponse électro-optique dans les CCPS 2D près des longueurs d’onde infrarouges ouvre la voie à des dispositifs optoélectroniques plus efficaces et flexibles avec des applications dans les télécommunications, l’informatique neuromorphique, et au-delà.
La forte réponse électro-réfractive de ces dispositifs dépend des caractéristiques électroniques des CCPS 2D ferroïoniques, qui sont considérablement influencées par leur conductivité ionique en vrac. Cette caractéristique critique peut être contrôlée précisément en ajustant des paramètres tels que le temps de polarisation, la polarisation et la direction du courant.
Ces modifications affectent le mouvement des ions de cuivre (Cu) hautement mobiles, soulignant l’interdépendance entre les caractéristiques des matériaux et les performances des dispositifs.
Les scientifiques ont résumé le principe opérationnel de leurs dispositifs :
Nous avons démontré une approche novatrice pour manipuler activement la lumière en utilisant des matériaux ferroïoniques 2D CCPS. Intégrés dans des résonateurs à microrésonateurs SiPh, ces matériaux présentent une capacité exceptionnelle à ajuster précisément l’indice de réfraction effectif sans introduire de chirp d’amplitude. Cette capacité est attribuée à la conduction électrique accordable résultant de la migration réversible des ions Cu mobiles à l’interface métal-semiconducteur.
La flexibilité de la liaison Cu-S facilite le saut d’ion Cu entre les sites intracouche et intercouche, et même à travers l’interstice de van der Waals (vdW) sous champ électrique. Par conséquent, l’ajustement optique est réalisé par le processus réversible d’extraction des ions Cu des octaèdres de soufre à travers les interstices de van der Waals et leur réinsertion dans les couches, un processus contrôlé de manière fiable par la tension appliquée.
Remarquablement, l’application d’une polarisation sur le dispositif n’affecte pas les rapports d’extinction et la largeur de résonance. Par conséquent, la migration active des ions Cu n’a aucun impact sur la partie imaginaire de l’indice de réfraction. Les fonctionnalités optoélectroniques et ionotroniques combinées dans le dispositif CCPS à deux bornes ouvrent la voie à des applications, y compris les réseaux phasés, la commutation optique, la détection environnementale et la métrologie, les systèmes d’imagerie optique et les systèmes neuromorphiques dans des synapses artificielles sensibles à la lumière.
