Observation of single-defect memristor in an MoS2 atomic sheet

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作者
Saban M. Hus,Ruijing Ge,Po-An Chen,Liangbo Liang,Gavin Donnelly,Wonhee Ko,Fumin Huang,Meng‐Hsueh Chiang,An‐Ping Li,Deji Akinwande
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 58-62 被引量:222
标识
DOI:10.1038/s41565-020-00789-w
摘要

Non-volatile resistive switching, also known as memristor1 effect, where an electric field switches the resistance states of a two-terminal device, has emerged as an important concept in the development of high-density information storage, computing and reconfigurable systems2–9. The past decade has witnessed substantial advances in non-volatile resistive switching materials such as metal oxides and solid electrolytes. It was long believed that leakage currents would prevent the observation of this phenomenon for nanometre-thin insulating layers. However, the recent discovery of non-volatile resistive switching in two-dimensional monolayers of transition metal dichalcogenide10,11 and hexagonal boron nitride12 sandwich structures (also known as atomristors) has refuted this belief and added a new materials dimension owing to the benefits of size scaling10,13. Here we elucidate the origin of the switching mechanism in atomic sheets using monolayer MoS2 as a model system. Atomistic imaging and spectroscopy reveal that metal substitution into a sulfur vacancy results in a non-volatile change in the resistance, which is corroborated by computational studies of defect structures and electronic states. These findings provide an atomistic understanding of non-volatile switching and open a new direction in precision defect engineering, down to a single defect, towards achieving the smallest memristor for applications in ultra-dense memory, neuromorphic computing and radio-frequency communication systems2,3,11. A combination of atomistic imaging and spectroscopy reveals that metal substitution into a sulfur vacancy is the underlying mechanism for resistive switching in transition metal dichalcogenide monolayers.
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