二维单原子相变材料用于非易失性光学应用的原子级理解
材料科学
2025-12-12 v1
摘要
元素锑（Sb）是一种很有前景的相变存储、神经形态计算和纳米光子学材料，因为其组成的简单性可以防止在广泛编程过程中发生相分离。减小薄膜厚度是延长非晶 Sb 寿命的必要步骤，但当厚度减小到几纳米时，Sb 的光学性质也会发生显著改变，从而增加了器件优化的复杂性。在本工作中，我们旨在提供对 Sb 薄膜厚度依赖的光学响应的原子级理解。随着厚度的减小，近红外波段的消光系数和光学对比度均降低，这与之前的光学测量结果一致。这种厚度依赖性使得光子应用存在 2 nm 的厚度下限，如粗粒度器件模拟所预测的。进一步的键合分析揭示了非晶态和晶态 Sb 在尺寸缩小时表现出根本不同的行为，导致光学对比度的降低。薄膜实验也被开展以验证我们的预测。厚度依赖的光学趋势通过我们的椭偏光谱实验得到了完整展示，2 nm 的厚度下限也通过结构表征实验得到了确认。最后，我们证明 2 nm Sb 薄膜的非晶相稳定性大幅提高，使其在基于硅的波导器件中能够实现鲁棒且可逆的光开关。
引用
@article{arxiv.2512.10469,
title = {Atomistic understanding of two-dimensional monatomic phase-change material for non-volatile optical applications},
author = {Hanyi Zhang and Xueqi Xing and Jiang-Jing Wang and Chao Nie and Yuxin Du and Junying Zhang and Xueyang Shen and Wen Zhou and Matthias Wuttig and Riccardo Mazzarello and Wei Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.10469},
year = {2025}
}