Дослідники з Hewlett Packard Labs, лабораторії, в якій був створений перший реальний мемристор, винайшли нову варіацію цього пристрою — мемрісторний лазер. Довжина хвилі випромінювання цього лазера може бути встановлена за допомогою одного з доступних електронних способів, і ця довжина хвилі зберігається, навіть якщо повністю відключити живлення пристрою. Дослідники припускають, що створений ними «розумний» лазер може, наприклад, значно спростити фотонні приймачі, що забезпечують передачу інформації між ядрами одного процесора, також такі лазери-мемристори можуть стати основою надефективних нейроморфних фотонних схем, що працюють на принципах, схожих на принципи роботи головного мозку.
У сучасних комунікаціях вже давно використовується факт, що світло з різними довжинами хвиль здатний поширюватися по оптоволокну, не заважаючи світла з іншого диною хвилі. Це дозволяє організувати в рамках одного фізичного оптичного каналу кілька незалежних каналів, що значно розширює пропускну здатність. Довжина хвилі випромінювання лазера регулюється зараз нагріванням і підтриманням певної температури цього пристрою або «накачуванням» його структури електричним зарядом в певних місцях. Але обидва цих методу вимагають досить значних витрат енергії.
Залишимо лазери в спокої на деякий час і нагадаємо нашим читачам, що мемристори — це електронні пристрої, здатні змінювати і зберігати значення їх власного електричного опору. Опір регулюється рівнем прикладається до пристрою електричного потенціалу і опір зберігається навіть якщо повністю відключити харчування мемрістора.
Структура мемрістора досить проста — зазвичай це два електроди із шаром діелектрика з оксидного матеріалу (окису титану) між ними. У природному стані опір окису титану велике, але, якщо докласти до цього матеріалу достатній електричний потенціал, атоми кисню ионизируются і зміщуються в бік одного з електродів, залишаючи за собою «нитки» струмопровідних каналів, які зменшують електричний опір. Це повністю оборотний процес, електричний потенціал зворотної полярності повертає іони на місце і «стирає» струмопровідні канали.
Свого часу Басс Тоссуну (Bassem Tossoun), досліднику з HPE Labs, прийшла в голову ідея поєднати напівпровідниковий лазер і мемристор так, щоб лазер міг зберігати значення довжини хвилі його випромінювання. І, як виявилося пізніше, ця ідея цілком можна реалізувати. Зараз вже в лабораторії HPE Labs створені дослідні зразки подібних лазерів, в яких використовуються мікрокольцевие MOS-модулятори і мікрокольцевие MOS-лазери.
Обидві частини нового лазера є багатошарові структури, які формують напівпровідниковий лазерний діод з включеним в нього електричним конденсатором. Керуючи напругою на цьому конденсаторі можна змінювати величину накопиченого в ньому електричного заряду. Це, в свою чергу, змінює коефіцієнт заломлення матеріалу кільцевого хвилеводу-резонатора, що призводить до зміни довжини хвилі випромінюваного лазером світла.
При суміщенні мемрістора і лазера виходить наступне — в низькоомними стані мемрістора пристрій нагрівається при проходженні через нього електричного струму і довжина хвилі лазера зміщується в бік червоної частини спектра. Коли мемристор знаходиться в високоомному стані, в конденсаторі лазера накопичується більший електричний заряд, що призводить до зміщення довжини хвилі його випромінювання в бік фіолетової частини спектра. При цьому, на зміну довжини хвилі лазерного світла потрібна енергія в кількості, що становить мільйонну частину від кількості енергії, необхідної для подібних змін за допомогою тільки одного з двох методів. Перемикання зараз проводиться зі швидкістю 75 наносекунд в розрахунку на 1 нанометр довжини хвилі випромінювання.
«Зараз ми досліджуємо можливість створення нейроморфних оптичних схем» — розповідає Басс Тоссун, — «І ми вже бачимо величезні подальші перспективи. Адже у нас в розпорядженні є базовий блок для побудови системи, в якій одночасно об’єднується пам’ять, обчислювальні можливості і можливості створення швидкодіючих оптичних крос-з’єднань в межах одного чіпа». Джерело