Hybrid Integrated Silicon Photonics Based on Nanomaterials

Author:

Prete Domenic1ORCID,Amanti Francesco2,Andrini Greta34ORCID,Armani Fabrizio5,Bellani Vittorio16ORCID,Bonaiuto Vincenzo78ORCID,Cammarata Simone29ORCID,Campostrini Matteo10ORCID,Cornia Samuele111ORCID,Dao Thu Ha78,De Matteis Fabio78,Demontis Valeria112,Di Giuseppe Giovanni1314ORCID,Ditalia Tchernij Sviatoslav415,Donati Simone216,Fontana Andrea1ORCID,Forneris Jacopo415ORCID,Francini Roberto78ORCID,Frontini Luca517ORCID,Gazzadi Gian Carlo18,Gunnella Roberto1314,Iadanza Simone19ORCID,Kaplan Ali Emre20,Lacava Cosimo121ORCID,Liberali Valentino517,Martini Leonardo11ORCID,Marzioni Francesco131422ORCID,Menozzi Claudia11,Nieto Hernández Elena415,Pedreschi Elena2ORCID,Piergentili Paolo1314ORCID,Prosposito Paolo78ORCID,Rigato Valentino10ORCID,Roncolato Carlo10ORCID,Rossella Francesco111,Salamon Andrea8ORCID,Salvato Matteo23ORCID,Sargeni Fausto824,Shojaii Jafar25ORCID,Spinella Franco2,Stabile Alberto517,Toncelli Alessandra216ORCID,Trucco Gabriella526,Vitali Valerio121

Affiliation:

1. Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pavia, Via Agostino Bassi 6, 27100 Pavia, Italy

2. Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Pisa, 56127 Pisa, Italy

3. Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni, Politecnico di Torino, 10129 Torino, Italy

4. Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Torino, 10125 Torino, Italy

5. Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Milano, 20133 Milano, Italy

6. Dipartimento di Fisica, Università di Pavia, 27100 Pavia, Italy

7. Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy

8. Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy

9. Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Università di Pisa, 56122 Pisa, Italy

10. Laboratori Nazionali di Legnaro, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, 35020 Legnaro, Italy

11. Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e Matematiche, Università di Modena e Reggio Emilia, 41125 Modena, Italy

12. National Enterprise for nanoScience and nanoTechnology, Scuola Normale Superiore, Istituto Nanoscienze—Consiglio Nazionale delle Ricerche, 56127 Pisa, Italy

13. Scuola di Scienze e Tecnologie, Divisione di Fisica, Università di Camerino, 62032 Camerino, Italy

14. Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sezione di Perugia, 06123 Perugia, Italy

15. Dipartimento di Fisica, Università di Torino, 10125 Torino, Italy

16. Dipartimento di Fisica, Università di Pisa, 56127 Pisa, Italy

17. Dipartimento di Fisica, Università di Milano, 20133 Milano, Italy

18. Istituto Nanoscienze—Centro S3, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Via Campi 213/A, 41125 Modena, Italy

19. Paul Scherrer Institute, 5232 Villigen, Switzerland

20. Optoelectronics Research Center, University of Southampton, Southampton SO17 1BJ, UK

21. Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell’Informazione, Università di Pavia, 27100 Pavia, Italy

22. Dipartimento di Fisica, Università di Napoli “Federico II”, 80126 Napoli, Italy

23. Dipartimento di Fisica, Università di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy

24. Dipartimento di Ingegneria Elettronica, Università di Roma Tor Vergata, 00133 Roma, Italy

25. Space Technology and Industry Institute, Swinburne University of Technology, Hawthorn, VIC 3122, Australia

26. Dipartimento di Informatica, Università di Milano, 20133 Milano, Italy

Abstract

Integrated photonic platforms have rapidly emerged as highly promising and extensively investigated systems for advancing classical and quantum information technologies, since their ability to seamlessly integrate photonic components within the telecommunication band with existing silicon-based industrial processes offers significant advantages. However, despite this integration facilitating the development of novel devices, fostering fast and reliable communication protocols and the manipulation of quantum information, traditional integrated silicon photonics faces inherent physical limitations that necessitate a challenging trade-off between device efficiency and spatial footprint. To address this issue, researchers are focusing on the integration of nanoscale materials into photonic platforms, offering a novel approach to enhance device performance while reducing spatial requirements. These developments are of paramount importance in both classical and quantum information technologies, potentially revolutionizing the industry. In this review, we explore the latest endeavors in hybrid photonic platforms leveraging the combination of integrated silicon photonic platforms and nanoscale materials, allowing for the unlocking of increased device efficiency and compact form factors. Finally, we provide insights into future developments and the evolving landscape of hybrid integrated photonic nanomaterial platforms.

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Publisher

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