Understanding the volatile memristor via direct observation of surface diffusion-regulated Cu-based conductive filaments

材料科学 导电体 蛋白质丝 记忆电阻器 化学物理 纳米技术 价(化学) 铜 双层 电极 透射电子显微镜 光电子学 硅 纳米孔 气泡 电容 表面扩散 分离器(采油) 电阻率和电导率 弯曲分子几何 电导率 超短脉冲 导电原子力显微镜 毛细管作用 晶体管 凝聚态物理 扩散 弯曲
作者
Bo Zhang,Guangyu Wen,Xu Zhao,Xinmou Ning,Gongjie Liu,Petr Janíček,Tomas Wagner
出处
期刊:Nanotechnology [IOP Publishing]
卷期号:37 (18): 185702-185702
标识
DOI:10.1088/1361-6528/ae645a
摘要

/Cu structure. The morphology and crystalline structure of the conductive filaments were directly observed via cross-sectional transmission electron microscopy. Discrete spherical copper-based grains construct conductive filaments with large internal surfaces, some of which are distorted due to stress interactions with the silicon dioxide matrix. According to the results of x-ray photoelectron spectroscopy, the diffusion of copper and redox reactions (involving the valence state transitions of copper to zero valence, positive monovalence, and positive divalence) are the core mechanisms governing the dynamic evolution of conductive filaments. When the stimulus is subsequently removed, the minimization of the thermodynamic surface energy drives the transformation of nonspherical grains into stable spherical grains, leading to conductive filament rupture and spontaneous recovery of the device to the initial state. By regulating the parameters of pulse signals to achieve precise control over conductive filament dynamics, the device successfully reproduces the behavior of nociceptors. A high accuracy of 93.11% for the handwritten digit recognition task in neurocomputing is achieved, showing the multipurpose function of the memristor.

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