Новое семейство обратимых материалов с ультранизкими потерями и фазовым переходом для фотонных интегральных схем: Sb₂S₃ и Sb₂Se₃

Материалы с фазовым переходом (PCM) вызывают значительный интерес благодаря возможности их применения в реконфигурируемых фотонных устройствах; однако наиболее распространенные PCM характеризуются высокими потерями на поглощение в одном или обоих состояниях. В данной работе Sb₂S₃ и Sb₂Se₃ продемонстрированы как класс обратимых альтернатив стандартным коммерчески доступным халькогенидным PCM с низкими потерями. Показана разность показателей преломления Δn = 0,60 для Sb₂S₃ и Δn = 0,77 для Sb₂Se₃ при сохранении очень низких потерь (k < 10⁻⁵) в телекоммуникационном C-диапазоне на длине волны 1550 нм. Благодаря более сильному поглощению в видимом диапазоне Sb₂Se₃ обеспечивает обратимое оптическое переключение с использованием стандартных лазеров видимого диапазона. Продемонстрирована стабильная выносливость переключения, превышающая 4000 циклов. Для учета практически нулевых собственных потерь на поглощение введен новый показатель эффективности (FOM), учитывающий измеренные потери в волноводе при интеграции этих материалов на стандартной платформе кремниевой фотоники. Показатель эффективности Sb₂Se₃, составляющий 29 рад фазового сдвига на 1 дБ потерь, превосходит соответствующий показатель Ge₂Sb₂Te₅ на два порядка и открывает путь к программируемому управлению фазой на кристалле. Эти действительно низкопотерные переключаемые материалы открывают новые возможности для программируемых интегральных фотонных схем, переключаемых метаповерхностей и нанофотонных устройств.