忆阻器中量子点接触结构的可控构建和精准调控

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61904099
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0404.半导体电子器件与集成
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In memristor, quantum point contacts (QPCs) with room temperature quantum conductance (QC) effect, can be constructed, and they hold promise for integrating higher density, larger capacity information storage with high efficient multi-valued logic information processing. However, the controllability and thermal stability of QPCs are now very poor, which seriously restricts their applications. In view of this issue, this project comprehensively considers ion species of migration, device architectures and operation modes of QC. By analyzing the electrochemical and thermodynamics processes associated with the evolution of QPCs including the ion formation energy, migration barrier and diffusion coefficient and understanding the physical process of atomic reconstruction. Then, the dielectric microstructure and the device architecture will be optimized so as to control the growth position of the QPCs, which along with the choice of optimal ion species and operation mode would push to achieve the atom-by-atom evolution of QPCs. Ultimately, we aim to realize the stable and controllable QC, in which the relationship between QC and modulated variables will be quantified, and a versatile scheme for controllable construction and precise modulation of QPCs will be proposed. Finally, the feasibility of using controllable QC as multi-state memory and multi-valued logic gates will be demonstrated. The studies aforementioned will provide a new idea for solving von Neumann bottleneck problem and developing new functional nanodevices in the more than moore.
在忆阻器中构建具有室温量子电导效应的量子点接触结构有望在单一器件中实现更高密度、更大容量的信息存储和高效多值逻辑信息处理。然而,当前构建的量子点接触结构可控性和热稳定性差,严重制约其应用。针对这一问题,本项目综合考虑迁移离子类型、器件结构和量子电导调控方式,通过对量子点接触结构演化过程中离子的电化学和热动力学过程包括原子形成能、迁移势垒和扩散系数进行全面分析,对原子重构的物理过程进行深入理解,优化介质层微结构和器件构型以控制量子点接触结构的生长位置,选择最优离子类型和调控方式以实现逐个原子操纵的量子点接触结构演化,最终达到量子电导的稳定可控,得到量子电导与调控变量之间的定量关系,建立一种可控构建和精准调控量子点接触结构的通用方案,演示其作为多态存储和多值逻辑运算的可行性。本项目的成功实施将为解决冯·诺依曼瓶颈问题及后摩尔时代下发展新型功能纳米器件提供新思路。

结项摘要

在忆阻器中构建具有室温量子电导效应的量子点接触结构有望在单一器件中实现更高密度、更大容量的信息存储和高效多值逻辑信息处理。然而,当前构建的量子点接触结构可控性和热稳定性差,严重制约其应用。针对这一问题,本项目通过综合考虑迁移离子类型,原子电沉积和自发扩散之间的竞争以及器件电流反馈对局域原子重排的影响,深入理解原子重排的物理本质以及它对原子点接触结构的电输运行为的影响,利用氧离子的高活化能、ITO的储氧特性、单界面离子调控以及HfOx的高κ特性和简单相图,设计了非对称的Pt/HfOx/ITO器件,通过电场精准控制本地氧离子在欠氧的纳米尺寸HfOx和ITO单界面上迁移以及电化学反应过程,成功构建了具有较好鲁棒性的Hf原子点接触结构,该原子点接触结构能够被精准调控而获得在一定温度和时间范围内稳定可控的量子化电导态(>7000 s,300 K;>1000 s,400 K;>500次操作过程中,电导偏差小于0.5G0),这些量子电导以0.5G0为单位从0.5G0到16G0(32个量子电导态),最后,利用这些量子电导态演示了用于高效信息处理的三值逻辑完备集。这部分工作提出了构建任意量子电导态的的通用方案,即通过精准控制Reset能量输入能够在物理可重构的三明治结构体系Pt/HfOx/ITO中按需构建原子点接触结构。这项工作为获得多值存储与逻辑器件、设计具有其它功能的量子点接触器件提供了一个很好的平台。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Controllable and Stable Quantized Conductance States in a Pt/HfOx/ITO Memristor
Pt/HfOx/ITO 忆阻器中可控且稳定的量化电导状态
  • DOI:
    10.1002/aelm.201901055
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Advanced Electronic Materials
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Wuhong Xue;Yi Li;Gang Liu;Zhuorui Wang;Wen Xiao;Kemin Jiang;Zhicheng Zhong;Shuang Gao;Jun Ding;Xiangshui Miao;Xiao-Hong Xu;Run-Wei Li
  • 通讯作者:
    Run-Wei Li
Control of Photocurrent and Multi-State Memory by Polar Order Engineering in 2H-Stacked α-In2Se3 Ferroelectric
2H 堆叠 α-In2Se3 铁电体中光电流和多态记忆的控制
  • DOI:
    10.1007/s40843-021-1920-9
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    SCIENCE CHINA Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Baohua Lv;Wuhong Xue;Zhi Yan;Ruilong Yang;Hao Wu;Peng Wang;Yuying Zhang;Jiani Hou;Wenguang Zhu;Xiaohong Xu
  • 通讯作者:
    Xiaohong Xu
Layer-dependent ferroelectricity in 2H-stacked few-layer α-In2Se3
2H 堆叠的几层 α-In2Se3 中的层相关铁电性
  • DOI:
    10.1039/d0mh01863e
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Materials Horizons
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Baohua Lv;Zhi Yan;Wuhong Xue;Ruilong Yang;Jiayi Li;Wenjuan Ci;Ruixue Pang;Peng Zhou;Gang Liu;Zhongyuan Liu;Wenguang Zhu;Xiaohong Xu
  • 通讯作者:
    Xiaohong Xu
Nanoscale Magnetization Reversal by Magnetoelectric Coupling Effect in Ga0.6Fe1.4O3 Multiferroic Thin Films
Ga0.6Fe1.4O3 多铁性薄膜中磁电耦合效应的纳米级磁化反转
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c21659
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jun Zhang;Wuhong Xue;Tiancong Su;Huihui Ji;Guowei Zhou;Fengxian Jiang;Zhiyong Quan;Xiaohong Xu
  • 通讯作者:
    Xiaohong Xu
Strain-induced robust magnetic anisotropy and room temperature magnetoelectric coupling effect in epitaxial SmFeO_3 film
外延SmFeO_3薄膜中应变引起的鲁棒磁各向异性和室温磁电耦合效应
  • DOI:
    10.1007/s40843-020-1391-3
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Science China-Materials
  • 影响因子:
    8.1
  • 作者:
    Zhang Jun;Xue Wuhong;Su Tiancong;Ji Huihui;Yan Zhi;Zhou Guowei;Quan Zhiyong;Xu Xiaohong
  • 通讯作者:
    Xu Xiaohong

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其他文献

Fe-Si-B-P-C薄带和块体非晶态合金磁性能的比较研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    常春涛;别路洋;董亚强;薛武红
  • 通讯作者:
    薛武红

其他文献

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全范德华异质结中电场驱动离子迁移对磁性的调控研究
  • 批准号:
    52371245
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    51 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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