基于超材料的光憶阻片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光電材料領域，涉及一種基于超材料的波導式光憶阻片。
【背景技術】
[0002]憶阻器的概念由Leon Chua在1971年提出，得名于元件電阻對通過其電量的記憶性，被認為是除電阻、電容和電感外的第四個基本無源電路元件。它的出現有望改善整個電子電路的理論和應用，在大規(guī)模集成電路、非易失性存儲器、人工神經網絡等方面有著巨大的應用潛能。憶阻器的概念被提出來后并沒有得到廣泛關注，直到2008年惠普公司的Strukov等人在夾在鉑金電極中間的T12中觀察到了明顯的憶阻行為，憶阻器才被廣泛關注。目前已經在多種材料體系中觀察到了憶阻現象，如金屬氧化物薄膜、有機物薄膜和納米顆粒等。
[0003]Engheta及其研宄團隊提出并實現了集成光學納米電路，他們利用光場與納米結構的反應得到功能化的光頻電容、電感和電阻。介電常數的虛部大于O的材料，可以作為光電阻，介電常數的實部大于O的材料可以作為光電容，介電常數小于O的材料可以作為光電感。然而，能夠用于光學器件上的光憶阻片并沒有見到過報道。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的是提供一種基于超材料的波導式光憶阻片。
[0005]本發(fā)明提供的片狀的憶阻器(也即光憶阻片或片狀的光憶阻器)，包括光憶阻和填充介質；
[0006]其中，所述光憶阻位于所述填充介質內；
[0007]所述光憶阻的個數至少為一個。
[0008]上述光憶阻片也可只由上述光憶阻和填充介質組成。光憶阻具有與憶阻器類似的性質，只是激勵信號為電磁波。與憶阻器類比，透射率相當于憶阻器中的電阻，入射電磁場能量相當于加載電壓。光憶阻片為片狀的光憶阻器。該光憶阻片可根據需要加工成所需尺寸的片狀。光憶阻為實現光憶阻器功能的核心元件。
[0009]上述光憶阻片中，構成所述光憶阻的材料為陶瓷顆粒、導電金屬材料或非正定介質；
[0010]其中，所述陶瓷顆粒具體為CaTi03、51"1103或BaT1 3;
[0011]所述導電金屬材料具體為金、銀或銅；
[0012]所述非正定介質具體為石墨、二硫化鉬或磷酸鈦氧鉀；
[0013]構成所述填充介質的材料為對所述光憶阻器的使用頻段透明的材料，具體可為聚四氟乙烯，所述聚四氟乙烯位于微波頻段。
[0014]所述陶瓷顆粒的粒徑為lym-2ym，介電常數為1_10000，介電損耗角正切低于0.1。
[0015]構成所述光憶阻的材料為陶瓷顆粒，所述光憶阻的形狀為立方體、球體；其中，所述立方體具體可為正方體或球體。所述正方體的邊長具體可為0.5mm-10mm，更具體可為2mm ;所述球體的直徑具體可為0.5mm-10mm，更具體可為2mm。所述形狀為立方體或球體的光憶阻，可由CaTi03、31*1103或BaT1 3于1400°C _1450°C燒結后冷卻至室溫而得。
[0016]構成所述光憶阻的材料為導電金屬材料，所述光憶阻為導電金屬材料本體，且所述本體具有一缺口 ；電感L部分由所述導電金屬材料構成，電容C部分由所述缺口構成，且所述電感L部分的兩個端面作為所述電容C部分的電極。
[0017]所述本體的形狀為方形、圓形或Ω形。
[0018]所述光憶阻的個數不少于一個且構成所述光憶阻的材料為陶瓷顆?；蚍钦ń橘|時，所述光憶阻在所述波導內周期性排列，且相鄰兩光憶阻之間的間距相同。
[0019]所述周期性排列具體可為矩陣式排列。
[0020]另外，上述本發(fā)明提供的光憶阻片在制備光學器件中的應用及含有所述光憶阻片的光學器件，也屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0021]本發(fā)明提供了一種能夠用于光路系統的波導式光憶阻片，其透射率在電磁場的加載下表現出有高低透射率的變化，并具有記憶效應。該波導式光憶阻片可以用作一種光學元器件，使現有的光路設計更富有功能性，能使光學產品，如矢量網絡分析儀等，向功能更豐富的方向發(fā)展，且便于插取。該波導式光憶阻片的制造方法簡單，成本低，具有重要的應用價值。
【附圖說明】
[0022]圖1為實施例1所得光憶阻片的結構示意圖
[0023]其中，I為填充介質；2為光憶阻；
[0024]圖2為光憶阻片一種典型的透射率-入射光功率曲線。
[0025]圖3為光憶阻片另一種典型的透射率-入射光功率曲線。
[0026]圖4為光憶阻片另一種典型的透射率-入射光功率曲線，此光憶阻行為表現出單向記憶性。
[0027]圖5為光憶阻片另一種典型的透射率-入射光功率曲線，此光憶阻行為表現出單向記憶性。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑獲得。
[0029]實施例1、
[0030]該實施例所得光憶阻片的結構如圖1所示，由7個光憶阻2和填充介質I組成；
[0031]其中，7個光憶阻2均位于填充介質I ;
[0032]構成光憶阻的材料為粒徑為I μηι-2μηι、介電常數為110、介質損耗角正切為0.002的鈦酸鈣顆粒；
[0033]構成填充介質的材料為對該光憶阻片的使用頻段透明的材料聚四氟乙烯；
[0034]每個光憶阻可按照如下方法制得:將粒徑為I μ??-2 μπκ介電常數為110、介質損耗角正切為0.002的鈦酸媽顆粒在1400°C燒結后，冷卻至室溫，切成長寬高均為2mm的正方體即得。
[0035]實施例2
[0036]該實施例所得光憶阻片由I個光憶阻和填充介質組成；
[0037]其中，光憶阻位于填充介質。
[0038]光憶阻為銅環(huán)本體，且銅環(huán)上具有一缺口 ；銅環(huán)的邊長為4mm，寬為0.5mm，缺口為0.3mm。缺口部分相當于電容C，其他的金屬部分相當于電感L ；
[0039]構成填充介質的材料為對該光憶阻片的使用頻段透明的材料聚四氟乙烯。
[0040]實施例3
[0041]實施例1和2所得光憶阻片的性能可以使用矢量網絡分析儀進行檢查，
[0042]矢量網絡分析儀具有功率掃描、時間掃描和線性頻率掃描功能，可以很好的檢測制備所得光憶阻器的性能。
[0043]其中，實施例1和2所得光憶阻片均具有形如圖2、圖3、圖4和圖5的響應。
[0044]圖2中光憶阻片初始狀態(tài)為高透射率狀態(tài)，在入射功率上升的過程中經歷由高透射率向低透射率的轉換，并維持此種透射率狀態(tài)，直到施加一定的反向功率才完成由低透射率到高透射率的重置。也即隨著入射場功率的升高，光憶阻器的透射率出現由高透射率向低透射率的轉變，在其后的入射場功率下降及反向的過程中該高透射率狀態(tài)得到保持和記憶。
[0045]與圖2相反，圖3中給出了一種低初始透射率狀態(tài)的光憶阻片響應結果示意圖。由圖3可知，隨著入射場強的升高光憶阻器的透射率出現由低透射率向高透射率的轉變，在其后的入射場強下降及反向的過程中該高透射率狀態(tài)得到保持和記憶。
[0046]圖4和圖5給出了單向透射率保持的情況。由于光憶阻片的響應取決于圖1中所示光憶阻介質的材料和結構，因而會對外呈現出的響應不限于圖2、圖3、圖4和圖5所示，凡在電磁場加載過程中透射率出現轉變，并能單向或雙向保持的現象，均可認為是光憶阻行為。
【主權項】
1.一種片狀的憶阻器，包括光憶阻和填充介質； 其中，所述光憶阻位于所述填充介質內； 所述光憶阻的個數至少為一個。
2.根據權利要求1所述的憶阻器，其特征在于:所述片狀的憶阻器由所述光憶阻和填充介質組成。
3.根據權利要求1或2所述的憶阻器，其特征在于:構成所述光憶阻的材料為陶瓷顆粒、導電金屬材料或非正定介質； 其中，所述陶瓷顆粒具體為CaT13、31*1103或BaT1 3; 所述導電金屬材料具體為金、銀或銅； 所述非正定介質具體為石墨、二硫化鉬或磷酸鈦氧鉀； 構成所述填充介質的材料為對所述憶阻器的使用頻段透明的材料。
4.根據權利要求3所述的憶阻器，其特征在于:所述陶瓷顆粒的粒徑為Iym-2 μπι，介電常數為1-10000，介電損耗角正切低于0.1o
5.根據權利要求1-4中任一所述的憶阻器，其特征在于:構成所述光憶阻的材料為陶瓷顆粒，所述光憶阻的形狀為立方體或球體； 構成所述光憶阻的材料為導電金屬材料，所述光憶阻為導電金屬材料本體，且所述本體具有一缺口。
6.根據權利要求5所述的憶阻器，其特征在于:所述本體為方形、圓形或Ω形。
7.根據權利要求5所述的憶阻器，其特征在于:形狀為立方體或球體的所述光憶阻是按照包括如下步驟的方法制得:將CaTi03、31*1103或BaT1 3于1400°C _1450°C燒結后冷卻至室溫而得。
8.根據權利要求1-7中任一所述的憶阻器，其特征在于:所述光憶阻的個數不少于一個且構成所述光憶阻的材料為所述陶瓷顆?；蛩龇钦ń橘|時，所述光憶阻在所述波導內周期性排列，且相鄰兩光憶阻之間的間距相同。
9.權利要求1-8中任一所述憶阻器在制備光學器件中的應用。
10.含有權利要求1-8中任一所述憶阻器的光學器件。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于超材料的波導式光憶阻片。該光憶阻片，包括光憶阻和填充介質；其中，所述光憶阻位于所述填充介質內；所述光憶阻的個數至少為一個。該波導式光憶阻片的透射率在電磁場的加載下表現出有高低透射率的變化，并具有記憶效應。該波導式光憶阻片可以用作一種光學元器件，使現有的光路設計更富有功能性，能使光學產品，如矢量網絡分析儀等，向功能更豐富的方向發(fā)展，且便于插取。該波導式光憶阻片的制造方法簡單，成本低，具有重要的應用價值。
【IPC分類】H01L45-00
【公開號】CN104681719
【申請?zhí)枴緾N201410852437
【發(fā)明人】周濟, 吳紅亞
【申請人】清華大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2014年12月31日