非挥发性电阻开关,也称为忆阻器 1 效应,即电场改变双端器件的电阻状态,已成为高密度信息存储、计算和可重构系统 2 – 9 开发中的一个重要概念。过去十年,非挥发性电阻开关材料(如金属氧化物和固体电解质)取得了实质性进展。长期以来,人们认为漏电流会阻止在纳米薄绝缘层中观察到这种现象。然而,最近在过渡金属二硫属化物 10, 11 和六方氮化硼 12 夹层结构(也称为原子阻断器)的二维单分子层中发现的非挥发性电阻开关推翻了这种观点,并由于尺寸缩放的好处增加了一个新的材料维度 10, 13。我们在此以单层 MoS 2 为模型系统,阐明了原子片中切换机制的起源。原子成像和光谱表明,金属取代硫空位会导致电阻发生非挥发性变化,这得到了缺陷结构和电子状态计算研究的证实。这些发现提供了对非挥发性切换的原子理解,并开辟了精确缺陷工程的新方向,精确到单个缺陷,朝着实现最小的忆阻器的方向发展,以应用于超密集存储器、神经形态计算和射频通信系统 2、3、11。通过结合扫描隧道显微镜/扫描隧道光谱 (STM/STS) 和局部传输研究,我们观察到硫空位(MoS 2 单层中的主要缺陷)在其天然形式下不起低电阻路径的作用,这与金属氧化物存储器中氧空位的影响形成鲜明对比。 然而,从底部或顶部电极迁移的金属离子(例如金离子)可以取代硫空位,产生导电的局部态密度 (LDOS),从而驱动原子片进入低阻状态。 在反向电场下去除金原子后,缺陷恢复其初始空位结构,系统返回到高阻状态。 这种导电点切换机制类似于在原子级上形成导电桥存储器 14。然而,它本质上是不同的,也是独一无二的,因为单个金属离子填充了晶格中的单个空位,而不是通过高度无序的材料形成金属桥。我们发现硫空位在 2 纳米间距处稳定,导致忆阻器密度约为每 1 个单位
1。MariaGrazia Betti,Dario Marchiani,Andrea Tonelli,Marco Sbroscia,Elena Blundo,Marta de Luca,Antonio Polimeni,Riccardo Frisenda,Carlo Mariani,Samuel Jeong,Yoshikazu Ito,Nicola Cavani,Roberto Berik berne no no no hern serne Molinari,Valentina de Renzi,Deborah Prezzi,“介电响应和氢化石墨烯的激发”,碳趋势,100274,(2023),10.1016/j.cartre.2023.100274 2 O L. Morales和Carlos A. Duque,“斐波那契石墨烯超晶格的磁光特性”,Eur。物理。 J. B, 93, 47, (2020), 10.1140/epjb/e2020-100583-x 3. Michael Hernandez、Alejandro Cabo Montes de Oca、Maurice Oliva Leyva 和 Gerardo Naumis,“水如何使石墨烯具有金属性”,Physics Letters A, 383, 29 (2019), 10.1016/j.physleta.2019.125904 4. M. de Dios-Leyva、MA Hernández-Bertrán、AL Morales 和 CA Duque,“准周期石墨烯超晶格:朗道能级谱的自相似性”,Solid State Communications, 284–286, 93–95 (2018), 10.1016/j.ssc.2018.09.011 5. M. de Dios-Leyva、MA Hernández-Bertrán、AL Morales、CA Duque 和 Huynh Vinh Phuc,“周期性石墨烯超晶格中的光吸收:垂直施加磁场和温度效应”,Ann.物理。 (柏林)2018,1700414(2018),10.1002/andp.201700414 6. Melquiades de Dios-Leyva、Michael Alejandro Hernández-Bertrán、Álvaro Luis Morales、Carlos Alberto Duque,“石墨烯超晶格中的磁光吸收:狄拉克点效应”,Phys. Status Solidi RRL 2017, 1700347, (2017), 10.1002/pssr.201700347 7. CA Duque、MA Hernández-Bertrán、AL Morales 和 M. de Dios-Leyva,“探索石墨烯超晶格:磁光特性,”J. Appl.物理。 121, 074301 (2017), 10.1063/1.4976680 8. MA Hernández-Bertrán、CA Duque 和 M. de Dios-Leyva,“石墨烯超晶格:有限尺寸对态密度和电导的影响”,Phys. Status Solidi B, 254, 4 (2017), 10.1002/pssb.201600313 9. MA Hernández-Bertrán 和 L. Diago-Cisneros,“层状半导体异质结构中空穴的准键态:寿命和特征能量”,Rev. Cuba Fis。 32, 20 (2015)。
(32)紧密结合理论认为价电子更紧密地保持原子,但在整个固体中被视价轨道重叠进行了离域。该模型适用于SI和GE等半导体,ALP和NACL等绝缘体和盐,以及𝑑金属及其化合物。实际上,紧密结合理论与分子轨道(MO)理论具有显着相似之处。电子结构的任何计算都需要选择原子轨道(AO)基集,该集通常是最小的基础集,仅包含价原子轨道。对这些AOS中的每一个都分配了价值轨道能,可以从原子光谱或Hartree-fock计算中进行经验确定,如下所示。10这些能量反映了原子电负性的趋势。然后,构建了这些AOS的对称适应性线性组合(SALC)。在MO理论中,salcs利用分子点群的不可约表示。对于紧密结合理论,使用空间群的晶格翻译亚组的不可约表示构建相应的salcs。 使用这些salcs,构建了有限的Hermitian Hamiltonian Matrix(𝐻)。 在MO理论中,𝐻具有等于分子中基本AO的数量。 在紧密结合理论中,为适当选择的波形构建,其尺寸等于一个单位细胞中的基础AOS数量。 求解特征值(电子能)和本征函数(AO系数)的世俗决定因素产率。在MO理论中,salcs利用分子点群的不可约表示。对于紧密结合理论,使用空间群的晶格翻译亚组的不可约表示构建相应的salcs。使用这些salcs,构建了有限的Hermitian Hamiltonian Matrix(𝐻)。在MO理论中,𝐻具有等于分子中基本AO的数量。在紧密结合理论中,为适当选择的波形构建,其尺寸等于一个单位细胞中的基础AOS数量。求解特征值(电子能)和本征函数(AO系数)的世俗决定因素产率。这些数值结果然后用于生成相关信息和图表。对于MO理论,输出包括MO能量图,确定最高占用和最低的无置置的MOS,即HOMO和LUMO,以及使用AO系数进行电子密度分布和键合分析的人群分析。紧密结合计算的结果产生了状态图的电子密度,这是电子能级的准连续分布,可以分解为来自各种轨道或原子成分的态密度,以及相应的FERMI水平,这是Homo的固态类似物的固态类似物。种群分析也可以进行,并提供用于识别重要键合特征的晶体轨道重叠种群(COOP)或汉密尔顿人群(COHP)图。最后,带结构图或能量分散曲线,这些曲线是沿波向量空间中特定方向的波形绘制的能量。