氧化物薄膜中电场对离子输运过程的调控及纳米结构的构建

发布时间：2024-05-15 01:54

　　纳米离子学是一门研究在纳米尺度范围内与离子输运相关的现象、性质、效应、机理及应用的新兴学科。它在能源存储与转化、生物仿生、逻辑运算以及信息存储等领域具有广泛的应用前景,并促进了这些领域的迅速发展。目前,纳米离子学主要关注的内容包括:一、电场对离子输运行为的调控规律;二、如何利用离子输运在纳米尺度下可控构建功能纳米结构;三、离子输运对纳米结构物性的调控规律。在这些内容上取得进展对于我们理解纳米离子学、获得高性能的纳米功能器件以及纳米离子学与其他学科领域之间的交叉发展具有重要的意义。然而,电场驱动离子输运不可控导致纳米结构随机演化,相关性能差(如离子电池充放电性能、离子基存储器性能等),不利于器件应用。随着科研手段的提高,研究人员通过原位施加电压的高分辨电镜观察发现在电压作用下,离子能够在介质层中发生迁移和电化学反应,并在其中构建可重构的纳米通道。基于此,我们能够获得纳米尺度下离子输运相关的重要信息,包括离子的迁移类型、传输路径以及电化学反应过程等。这些信息为我们进一步研究如何精准控制电场作用下的离子输运、如何通过离子输运可控构建功能纳米结构以及如何有效调控纳米结构的物理特性提供了非常好的...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1未来计算机的组成方案

未来计算机的组成方案。传统计算架构面临的挑战包括：热，内存瓶颈，摩尔定离子基存储器系统支持存储与逻辑集成，类脑计算机以及高效可重构存储计算的混CMOS：互补型金属氧化物半导体；GPU：图像处理单元；CPU：中央处理单元。[Thefuturecomputingsolution....

图1-2通过离子迁移与电化学反应在物理可重构体系（耦合离子与电子）中原位控制材料与器件的光（上图），电（中图）和磁（下图）特性

图1-2通过离子迁移与电化学反应在物理可重构体系（耦合离子与电子）中原位控制材器件的光（上图），电（中图）和磁（下图）特性。[16]Fig.1-2Schematicillustrationofinsitu,on-demandcontrolofelectro....

图1-3金属电极/绝缘介质层/金属电极体系中纳米通道形成示意图

此时器件处于高阻态（存储状态“1”），此过程称为Reset过程，如图1-3所示。这两个电阻状态能够被电场可逆调控，若将高低电阻态分别作为存储状态“1”和“0”，可实现信息的存储。该类存储器具有优异的存储性能：数据擦写速度快（~100ps）、数据擦写功耗低（0.3-3pJ/....

图1-4STM针尖施加电压诱使Ta离子迁移并发生电化学反应，在STM针尖和TaOx样品之间形成Ta点接触结构

图1-4STM针尖施加电压诱使Ta离子迁移并发生电化学反应，在STM针尖和TaOx样品之间形成Ta点接触结构。[21]Fig.1-4TametallicatomicpointcontactstructurewasformedbetweenS....

本文编号：3973728