传统Ge-Sb-Te（GST）合金已在电子存储器中实现商业化，但其光子应用场景受限于较高的光学损耗。硒（Se）掺杂可大幅降低光损耗，但过量掺杂会导致在光通信波段其消光系数接近于零（如，Ge₂Sb₂Se₄Te₁），无法用于高效的全光切换和构建具有超低能耗的全光神经网络。该研究通过多尺度模拟方法系统探索了Ge-Sb-Se-Te相变合金的结构与光学特性，结合密度泛函理论（DFT）和时域有限差分法（FDTD）揭示了硒（Se）替代碲（Te）对材料带隙和光学性能的调控规律。研究发现Ge₂Sb₂Se₃Te₂（GSS3T2）在立方岩盐相（rs-相）与非晶相（a-相）间具有显著的光波导透射对比（ΔT≈40-50%），其较低的消光系数（光吸收）既克服了传统Ge-Sb-Te合金高光学损耗的瓶颈，也能用于实现高效的全光切换和获得可观的光学对比。通过设计双圆盘形波导结构，进一步利用局域共振效应将开关比提升至50.8%，同时保持了低传输损耗，为全光非易失性存储和光子神经形态计算提供了材料与器件优化方案。该工作不仅从原子尺度阐明了硒掺杂对相变材料性能的影响机制，还为低损耗、高可拓展性光子集成线路的发展提供了新思路。

论文发表于国产高水平期刊Journal of Materials Informatics 6, 3 (2026)，第一作者为CAID在读博士生李慧玉。

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