［本站讯］近日，物理学院陈峰教授团队在全光薄膜铌酸锂忆阻器研究中取得重要进展。研究成果以“All-optical thin-film lithium niobate memristor”为题，发表于国际学术期刊《自然·光子学》（Nature Photonics）。物理学院博士后高旭为论文第一作者，谭杨教授、陈峰教授为通讯作者，山东大学为唯一作者单位。
光忆阻器是神经形态光学计算与存内计算的关键器件，需与光波导平台集成以实现片上应用。然而，现有光忆阻器大多依赖异质集成，需要将相变、磁光等功能材料与波导复合，制备流程复杂、成本高昂，制约了其大规模应用。薄膜铌酸锂（TFLN）是当前广泛应用的集成光子学平台，具有高电光系数、宽透光窗口等优势，但其本身不具备非易失光存储能力。如何在不引入异质材料的前提下让平台材料自身获得存储功能，是该领域面临的重要挑战。
针对这一挑战，研究团队提出一种CMOS兼容的氧离子注入方案，将薄膜铌酸锂转变为可全光操控的忆阻性材料，无需异质集成即可在铌酸锂波导上直接制备光忆阻器。在能量为500 keV的氧离子注入过程中，辐照损伤与注入掺杂效应同时产生，并在空间上分布于不同深度。在450nm波长的光激发下，氧掺杂剂释放电子，电子被晶格缺陷俘获，形成携带不同电荷、空间分离的极化子，共同产生内建电场；该内建电场借助铌酸锂自身的电光效应改变材料折射率，实现状态写入。当波长为1064nm的光照射时，被俘获电子与空穴复合，内建电场消失，器件恢复初始折射率，实现状态擦除。
基于这一可逆过程，所制备的全光忆阻器实现了3比特（8态）多级非易失光存储，开关能量低至数百飞焦/比特，具备亚微秒光响应能力，存储状态可保持超过100小时，写擦循环次数可达106，并在单片薄膜铌酸锂芯片上实现了10×28忆阻器阵列的单片集成。该工作表明，离子注入不仅是集成电路的一种核心工艺，也可通过辐照损伤与注入掺杂的空间分层效应调控光学材料物性，为神经形态光计算与可编程集成光子芯片的发展提供了新的技术路径。
以上工作得到了国家自然科学基金、山东省重点研发计划和北京大学核物理与核技术国家重点实验室开放课题等项目的资助。本工作还得到了山东大学物理仪器设备公共平台支持与帮助。
