Synchronous polarization switching at sub-coercive fields through stochastic resonance in ferroelectric thin-film capacitors
本文通过随机共振在PZT铁电薄膜电容器中实现亚矫顽电压下的同步极化翻转，实验确定最优噪声并验证Kramers速率条件，同时用TDGL模型复现现象并展示亚阈值FSK信号检测应用。
2025-08-16 physics.app-ph
Dipole-moment induced capacitance in nanoscale molecular junctions
纳米级分子结是著名的纳米电子器件，用于模仿几种电子功能，包括整流器，传感器，电线，开关，晶体管和存储器，但电容行为几乎未被探索。电容器是以电荷的形式存储能量的关键能量存储设备。电容器利用由介电材料分隔的两个电导体。然而，许多基于氧化物的电容器被充分研究用于集成电容器，然而，由薄膜分子层组成的电容器没有被充分研究。本工作描述了电化学接枝的苯并咪唑（BENZ）的薄膜上生长图案化的ITO电极上的50 nm的Al沉积，以制造大规模（500 × 500微米2）的分子结。含氮和硫的分子结ITO/BENZ/Al作为平行板电容器，最大电容为~59.6至4.79 microFcm-2。本系统可以是用于未来能量应用的分子电荷存储的优良平台。
2023-03-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Coercive Field Reduction in Ultra-thin Al1-XScXN via Interfacial Engineering with a Scandium Electrode
本文通过采用钪底电极的界面工程和应变管理，将超薄AlScN电容器的矫顽场降低20%以上，并利用KAI模型和扫描电子纳米束衍射揭示了底电极选择、晶格失配与开关动力学之间的关联。
2025-09-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The role of graphitic filaments in resistive switching behaviour of amorphous silicon carbide thin films
报道了单复合靶磁控溅射法制备的非晶碳化硅（a-SiC）薄膜的电阻开关特性。开关性能作为薄膜厚度（50，100和300 nm）的函数，以及不同的顶部金属电极（铜，铂和银）与底部电极固定为金，进行了研究。的开关参数（形成电压，设置和复位电压和相应的电流）被发现是依赖于SiC膜的厚度，它被观察到，100 nm是最佳的耐久性的最佳厚度。金属电极与a-SiC薄膜之间的界面在实现开关性能方面起着更重要的作用。最佳器件的电阻关/开比为108，保持时间>104 s，耐久性为50次循环。横截面扫描电子显微镜提供的证据表明，开关的机制涉及碳纤维的形成和拉曼光谱表明，这些纤维是纳米晶石墨的性质。目前的工作清楚地表明，在开关周期过程中，SiC发生解离，从而形成纳米晶石墨丝。除了金属丝之外，这些有助于a-SiC基电阻式存储器器件中的切换。
2019-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fast-Response Variable-Frequency Series-Capacitor Buck VRM Through Integrated Control Approaches
针对AI负载供电的VRM需快速电压调节的需求，本文为变频SCB变换器提出集成线性与非线性控制器的方案，通过5S框架建模并基于PMP设计时间最优控制，仿真和硬件测试验证其响应速度快于传统设计且稳态误差为零。
2025-07-14 cs.SY eess.SY physics.app-ph
Kinetic control of ferroelectricity in ultrathin epitaxial Barium Titanate capacitors
University of Southern California（南加州大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Intel Corporation（英特尔公司）
通过操控脉冲激光沉积过程中等离子体的动能，实现超薄铁电电容器异质结构的高性能铁电特性，如低开关电压、长保持时间和高耐久性。
2024-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of Functional Group on Electrical Switching Behaviour of an Imidazole Derivative in Langmuir-Blodgett Film
在这里，我们报告的设计和合成的咪唑衍生物，即1-苄基-2，4，5-三芳基咪唑和它的开关行为组装到LB膜。用表面压-分子面积等温线、滞后分析和原位布儒斯特角显微镜研究了咪唑在空气-水界面上的单分子膜特性。这些研究表明，在水亚相中形成稳定的浮动朗缪尔膜。原子力显微镜的研究证实了成功的沉积到固体基底上的朗缪尔膜。由60层咪唑LB膜组成的器件表现出电阻双极开关行为，与第一次施加的偏置电压极性无关。观察到的双极开关已被解释的还原氧化过程。由于咪唑核中存在强可还原的C基团双键N，在偏压下容易发生还原氧化过程。在2的循环伏安法测量中存在尖锐的还原峰和氧化峰也支持该假设。苄基与咪唑核的存在下，在还原氧化过程中发挥了至关重要的规则，因此切换行为。当苄基被H取代时，没有观察到双极开关。在这种情况下，可氧化基团NH在偏压期间反对还原过程。这种类型的双极开关在有机电子学的未来技术应用中是非常有前途的。
2019-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Wide-Regulation-Range Hybrid Switched-Capacitor Converter for 48V Automotive Power Systems
University of California, Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）
本文提出一种具有新型多模式调制方案的混合开关电容转换器，用于48V汽车电源系统的宽范围电压调节，通过引入三态操作序列实现可变降压转换比，同时保持软开关操作，采用闭环控制和强化学习优化控制器，验证了ZCS和ZVS的可行性。
2026-04-15 physics.app-ph
Ferroelectricity and resistive switching in BaTiO$_3$ thin films with liquid electrolyte top contact for bioelectronic devices
我们研究了18 nm厚的外延BaTiO $_3$（BTO）薄膜在模型电解质-铁电-半导体（EFS）配置中的铁电和电阻开关行为。该系统是探索其潜在的铁电微电极在生物电子学。通过脉冲激光沉积（PLD）在半导体Nb掺杂（0.5wt\%）SrTiO $_{3}$（Nb：STO）单晶衬底上生长BTO膜。通过压电响应力显微镜（PFM）测量表明裸BTO薄膜的铁电性能。循环伏安法（CV）测量EFS配置，磷酸盐缓冲盐水（PBS）作为液体电解质的顶部接触，表明在双极电流-电压回路的特征铁电开关峰。通过分析EFS器件对单极电压信号的电流响应，证实了所观察到的开关峰的铁电性质。此外，电化学阻抗谱（EIS）测量表明，双极电阻开关的EFS设备，这是由BTO层的rebirth极化状态控制的行为。我们的研究结果代表了实现神经假体植入物和基于铁电微电极的混合神经计算系统的一个组成步骤。
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of Silicon Atom Doping in SiNx Resistive Switching Films
研究通过ULE-II向SiNx层掺杂Si原子并退火，利用电学表征与阻抗谱测量揭示了Si掺杂和退火温度对器件开关特性、介电性能及传导机制的显著影响。
2025-02-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Field free switching through bulk spin-orbit torque in L10-FePt films deposited on vicinal substrates
L10-FePt因其垂直磁各向异性（PMA）而与众不同，这使得具有足够热稳定性的存储单元能够缩小到3 nm。最近发现的L10-FePt中的“体”自旋轨道扭矩提供了一种有效且可扩展的方式来操纵L10-FePt磁化。然而，在开关过程中的外场的存在限制了它的实际应用，因此L10-FePt的无场开关是非常需要的。在这篇文章中，我们通过在相邻的MgO（001）衬底上生长L10-FePt来证明其无场开关。这种方法与以前建立的策略不同，因为它不需要添加其他功能层或在膜结构中产生不对称性。我们证明了无场开关是鲁棒的，可以承受高达~1 kOe的强场干扰。邻角，薄膜厚度和生长温度的依赖性表明了宽的操作窗口的L10-FePt的无场开关。我们证实了L10-FePt的无场开关的物理起源是邻面诱导的倾斜各向异性。我们对L10-FePt薄膜的自旋轨道矩进行了定量表征，发现相邻衬底的晶格应变对自旋轨道矩的影响并不显著。我们的研究结果扩展了现有的实现无场开关的策略，并有可能应用于其他磁性和反铁磁系统。
2022-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Unique Ferroelectric Fatigue Behavior and Exceptional High Temperature Retention in Al0.93B0.07N Films
本文报道了新型纤锌矿铁电体Al 1-xBxN薄膜的疲劳和保持行为，重点是电容器结构的作用。通过修改电容器的架构，从而热和电的边界条件，我们创建洞察力的内在和外在的贡献者的退化趋势的相对重要性。我们的实验表明，双极循环的金属（Pt/W）/Al0.93B0.07N/W/Al 2 O3薄膜堆栈首先诱导唤醒，然后一个恒定的可切换的极化区域。在额外的循环，薄膜的漏电流增加，然后薄膜发生介电击穿。对于未图案化的第一代Al0.93B0.07N膜，具有100 nm厚的Pt顶部电极的膜在热介电击穿之前存活约104个双极循环，而具有1000 nm W顶部电极的膜在热介电击穿之前存活约10^5个循环。使用Sentaurus建模设计了一个SU 8场板，将性能提高到约10^6次疲劳循环。有人发现，在疲劳过程中的热故障不是由于表面闪络事件，但与硬击穿事件的电介质。该膜表现出优异的存储偏振态的保留。正如预期的那样，数据保留在相反状态（OS）测量中略差。然而，值得注意的是，即使在3.6x10^6秒（1000小时）之后。在200°C时，OS信号裕度仍超过200 uC/cm 2。在200 ℃下烘烤10年后，预计OS保留率为82%。
2022-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of memory electrical switching in metal/vanadium oxide/silicon structures with VO2 films obtained by the sol-gel method
研究了用乙酰丙酮溶胶-凝胶法制备的二氧化钒薄膜在p型和n型硅衬底上的金属-VO 2-Si结构的开关和整流特性。这种开关效应是由于二氧化钒的超导体-金属相变（SMPT）引起的。观察到p-Si-VO 2异质结在正向偏压下开关阈值电压的漂移，并伴有记忆效应。为了解释这种效应，提出了一种模型，该模型表明存在与VO 2/Si界面处的沟道相关联的附加串联电阻，其中在VO 2沉积过程中形成SiOx层。这种电阻是负责阈值开关特性，和记忆效应，和氧离子电迁移过程中示出这种效果的基础。所观察到的现象，结合ReRAM和SMPT的影响，在氧化物电子学的潜在应用进行了讨论。
2020-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fabrication and Characterization of Graphene-Barium Titanate-Graphene layered capacitors by spin coating at low processing temperatures
该研究通过旋涂法在低温下制备石墨烯-钛酸钡-石墨烯层状电容器，并表征其介电性能，获得高介电常数和低损耗。
2023-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
In-Grain Ferroelectric Switching in Sub-5 nm Thin AlScN Films at 1 V
本研究报道了亚5 nm薄AlScN薄膜在1 V下的铁电翻转特性，通过扫描透射电子显微镜首次在原子尺度证实了纤锌矿型材料中铁电畴的形成，为高能效神经形态计算器件的微型化提供了可能。
2023-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetization switching in polycrystalline Mn3Sn thin film induced by self-generated spin-polarized current
自旋的电操纵对于设计最先进的自旋电子器件是必不可少的，并且通常依赖于从第二重金属材料注入的自旋电流。手征反铁磁体产生自旋电流的事实启发我们利用自生自旋矩来探索手征自旋的磁化翻转。在这里，我们证明了非共线的反铁磁态在Mn 3Sn的电开关通过观察从传统的自旋-轨道扭矩的自生成的自旋扭矩的交叉时，在Ta/MgO/Mn 3Sn多晶薄膜中的MgO厚度的增加。通过改变MgO的厚度可以控制甚至阻止Ta层的自旋电流注入，但是即使在大的MgO厚度下也能维持开关。此外，当MgO厚度超过约3 nm时，开关极性反转，这不能通过由于来自Ta层的自旋电流注入而导致的自旋-轨道扭矩情形来解释。在MgO/Mn 3Sn和Ti/Mn 3Sn双层膜中也观察到明显的电流诱导开关，其中外部注入到Mn 3Sn的自旋霍尔电流可以忽略不计。由自旋极化电流引起的晶粒间自旋转移力矩解释了实验观察结果。我们的研究结果提供了一个替代的途径，而不诉诸于传统的双层结构的非共线反铁磁态的电操纵。
2022-09-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
An electro-thermal computational study of conducting channels in dielectric thin films using self-consistent phase-field methodology: A view toward the physical origins of resistive switching
本文采用自洽相场方法模拟介电薄膜中导电通道的形成与湮灭，揭示电场与温度耦合下电荷畴演化及电阻开关的物理机制。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
A Computational Phase Field Study of Conducting Channel Formation in Dielectric Thin Films: A View Towards the Physical Origins of Resistive Switching
提出一种原子尺度亚稳态相场计算方法，在无先验形貌与输运机制假设下预测介电薄膜导电通道形成，以揭示阻变物理起源。
2019-03-02 physics.app-ph
Optical Tuning of Resistance Switching in Polycrystalline Gallium Phosphide Thin Films
研究了直接生长在Si衬底上的纳米级磷化镓（GaP）薄膜的阻变特性。首先，生长的GaP薄膜显示出高的RON/ROFF（~10^4），这表明是由于沿着晶界形成导电沟道而引起的。有人提出，点缺陷（最有可能的镓）和结构的障碍，在晶界提供了理想的环境，使间接开关过程。接下来，我们探讨了这种缺陷是否可以产生中间带隙态，如果可以的话，它们可以被光子激发激活。这两个第一性原理计算，以及紫外-可见光和光致发光光谱强烈点的可能性，在多晶GaP膜的中间间隙电子状态。光电导原子力显微镜（phAFM），扫描探针技术，用于图像光电流作为入射光子能量的函数（范围从子带隙以上的带隙）的GaP膜表面上产生的。我们观察到的光电流，即使入射光子能量低于带隙，与存在的中间间隙的电子状态。此外，发现光电流的大小与入射光子能量成正比，并伴随着灯丝电阻的降低。这表明直接集成在Si上的GaP是一种很有前途的光子阻变材料系统。
2021-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Time-resolved X-ray diffraction study of the structural dynamics in a ferroelectric thin film induced by sub-coercive fields
利用时间分辨X射线衍射研究了四元铁电锆钛酸铅薄膜在亚矫顽场和超矫顽场作用下的结构动力学随电场的变化。在向预极化薄膜电容器施加外部场期间，畴成核和生长的结构特征包括布拉格反射的面内峰宽的加宽以及峰强度的降低。这种无序的畴态被恢复，并且可以用适当的电压脉冲序列擦除。
2018-12-04 physics.app-ph
Thermally-Driven Charge-Density-Wave Transitions in 1T-TaS2 Thin-Film Devices: Prospects for GHz Switching Speed
我们报告的1 T-TaS 2薄膜电荷密度波器件的室温开关，使用纳秒持续时间的电脉冲，以构建其时间分辨的电流-电压特性。开关动作是基于在这种材料中的近相称到不相称的电荷密度波相变，其在热平衡时具有350 K的特征温度。对于足够短的脉冲，在纳秒范围内的上升时间，自加热的设备被抑制，并且它们的电流-电压特性是弱非线性和自由的滞后。这随着脉冲持续时间增加到200 ns而改变，其中电流产生明显的滞后，其随着脉冲持续时间非单调地演变。通过将我们的实验结果与这些器件中瞬态热扩散的数值分析相结合，我们清楚地揭示了它们开关的热起源。尽管这种热特性，我们的建模表明，适当减少这些设备的大小应该允许他们在GHz频率的操作。
2021-01-17 physics.app-ph
Engineering on-surface spin crossover: spin-state switching in a self-assembled film of vacuum sublimable functional molecule
自旋交叉（SCO）应用的实现需要研究SCO复杂分子在纳米结构环境中，特别是表面上的自旋态转换特性。除了极少数情况外，表面结合的薄分子膜的SCO由于（i）强的分子-表面相互作用和（ii）相对于本体膜中不同的分子间相互作用而被淬灭或严重改变。通过在弱相互作用表面如高取向热解石墨（HOPG）和氮化铜（CuN）上制备SCO配合物，解决了界面猝灭问题。然而，在薄SCO活性膜的分子间相互作用的工程是相当困难的。本工作提出了一种分子自组装的策略来制备具有可编程分子间相互作用的自旋可切换的表面束缚薄膜。母体复杂系统的分子工程[Fe（H $_{2}$ B（pz）$_{2}$）$_{2}$（bpy）]（pz =吡唑，bpy = 2，2 '-联吡啶）与十二烷基（$_{12}$）烷基链上生成了一个典型的两亲性功能化的、可真空升华的电荷中性的Fe $^{\rm II}$配合物[Fe（H $_{2}$ B（pz）$_{2}$）$_{2}$（C $_{12}$ -bpy）]（C $_{12}$ -bpy =十二烷基[2，2 '-联吡啶]-5-羧酸酯）。该复合物在石英玻璃/SiO $_{\rm x}$表面上的块状粉末和10 nm薄膜在块状和薄膜状态下都表现出类似的层状双层自组装/分子相互作用介导的可比较的自旋状态转换特性。这一前所未有的观察预示着良好的发展SCO的应用，特别是在分子自旋电子学。
2018-01-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
