原位X射线衍射揭示二氧化钒神经形态器件中纳米畴重构与阻转变换机制

《Nature Communications》：Jamming-controlled stochasticity in metal-insulator switching

　　

摘要

理解和控制相变是物理学的基础，也是许多技术革命的核心。目前，人们对具有耦合结构和电子相变的材料有着浓厚的兴趣，在这些材料中，控制转变塑性自然会产生内置记忆，这是神经形态技术中模拟神经元和突触的关键。这里，采用原位相干布拉格 X 射线衍射来研究由典型莫特绝缘体二氧化钒制成的神经形态器件中微米尺度下纳米畴分布的演变。电切换导致纳米畴在数千秒内重构并发生堵塞转变。重复的超阈值电流以塑性方式驱动系统进入堵塞/玻璃态，在此状态下切换是确定性的。亚阈值电流会擦除由纳米畴分布定义的短期记忆，恢复随机切换，从而为器件内学习提供了一条途径。这些结果突出了纳米尺度物理在相变中的重要性，即使对于宏观器件也是如此，并为未来的器件操作提供了指导。