[发明专利]一种电控可变逻辑功能器件及操作方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨烯对阵列结构的电控可变逻辑功能器件及操作方法，该功能器件包括非金属衬底；所述非金属衬底的表面沉积具有有序排列的单层石墨烯结构；所述单层石墨烯结构可以分成两个部分：第一部分由沿Y方向排列的两条相同的平行石墨烯纳米线组成，它们具有固定的化学势能；第二部分由沿X方向排列的两条相同的平行石墨烯纳米线组成，其化学势能由外部电压控制。信号光是由Z方向向下入射。将X方向横向排列的两条石墨烯纳米线的电压作为逻辑门的输入端口，Z方向入射的信号光作为输出信号可构成电控可变、光电混合式逻辑功能器件。本逻辑门具有结构简单、控制方便等特点，在设备检测、物联网等多个应用领域具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及光子芯片技术领域，具体涉及一种基于石墨烯对阵列结构的电控可变逻辑功能器件及操作方法。

背景技术

多年来，电子器件受到其自身固有的延迟和电流热效应等特性的影响，在性能上存在一定的缺陷。与电子计算相比，光学计算具有超高速、超宽带信息处理、高集成度等优点。光学计算和处理一直被认为是克服电子设备基本性能限制的重要方式。

近年来，石墨烯被认为是一种未来革命性的材料，因其具有优异的光学、电学特性，在材料学、微纳加工等方面展现出重要的应用前景。

电磁诱导透明(EIT)导致光在共振条件下，通过相消干涉，介质在吸收谱中产生了一个或多个透明窗,使不透明介质在共振条件下变得透明。

近来，纳米尺度的光学逻辑栅极器件由于其在光学计算系统和光互连网络领域的重要应用而引起了极大的关注。已经出现了许多基于光子微观结构和等离子体激元纳米结构的光学逻辑门，如光子晶体，微环谐振器，石墨烯氧化物膜，光子和等离子体激元纳米线和半导体光放大器。

根据以上介绍，基于石墨烯对阵列结构的电控可变逻辑功能器件及操作方法具有操作简单，体积小，效率高，结构简单，功能多样化等优点。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有问题公开了一种基于石墨烯对阵列结构的电控可变逻辑功能器件及操作方法，其通过电压调控石墨烯，灵活地控制其化学势能的变化，巧妙地应用类EIT效应，实现不同的逻辑方法。同时，其具有结构简单，小型化、紧凑化、稳定性较好的特点。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术手段：

一方面，本发明提供一种基于石墨烯对阵列结构的电控可变逻辑功能器件，包括非金属衬底；所述非金属衬底的表面沉积具有有序排列的单层石墨烯结构，所述单层石墨烯结构分成两个部分：第一部分为沿Y方向排列的两条相同的平行石墨烯纳米线，它们具有固定的化学势能；第二部分为沿X方向排列的两条相同的平行石墨烯纳米线，其化学势能可调，由外部电压控制；逻辑门的输入信号是X方向排列的两条石墨烯纳米线的电压，输出信号是Z方向入射的信号光。

作为优选，所述非金属衬底为石英基板。

作为优选，信号光输入端为基于石墨烯对阵列结构的电控可变逻辑功能器件的上表面，信号光输出端为基于石墨烯对阵列结构的电控可变逻辑功能器件的下表面。

作为优选，非金属衬底横向宽度为1.2μm至1.8μm，纵向宽度为0.8μm至1.2μm，厚度为150nm至250nm。

作为优选，石墨烯纳米线只有单层结构，且具有完全相同的结构参数，其长度为500nm至700nm，宽度为80nm至120nm。

作为优选，Y方向排列的两条相同的平行对称的单层石墨烯纳米线的间距为700nm至900nm。

作为优选，X方向排列的两条相同的平行对称的单层石墨烯纳米线的间距为70nm至120nm。

作为优选，X方向排列的两条单层石墨烯纳米线中其一条单层石墨烯纳米线位于所述电控可变逻辑功能器件的中央位置。