阻变存储器中的量子各向异性磁电阻效应研究

Resistive switching memory (RRAM), which has the advantages of simple structure, high speed, ease to 3D integration, is a competitive candidate of future universal memory. RRAM is a hot topic of the current memory research. Meanwhile, RRAM shows rich physical effects such as metal-insulator transition and conductance quantization of conductive filament (CF), so it is also very important for the basic researches. In this project, we plan to design and fabricate RRAM devices with magnetic CF. Through electrical manipulation, we will try to controll the CF size to get quantized conductance. And then we will take the atom-sized magnetic CF as a media to study the quantized anisotropic magnetoresistance (QAMR) effect and deeply investigate the quantized transport of CF. This novel proposal will make scientific sense in the following three aspects. (1) Providing a new characterization method for the research on the CF and the resistive switching mechanism. (2) Providing a new idea of achieving stable QAMR effect in experiment, and promoting the deep understanding on the spin-dependent transport properties in atom-sized materials. (3) Manipulating and operating the resistance states and the ordered/disordered magnetic states and constructing novel functional nanoscale electronic devices.

阻变存储器（RRAM）由于具有结构简单、速度快、易于三维集成等优点而成为未来通用存储器的有力竞争者，是当前存储器领域的研究热点；同时由于其表现出金属-绝缘体转变、导电细丝电导量子化等丰富的物理效应，具有重要的基础研究价值。本项目拟设计并制备具有磁性导电细丝的RRAM器件，通过电学操作获得导电细丝的量子化调控和电导量子化效应；进而以具有原子尺度的磁性导电细丝为载体研究量子化各向异性磁电阻效应（QAMR），并深入研究细丝的量子输运过程。这一开创性研究工作的意义体现在三个方面：(1) 为RRAM导电细丝和阻变机理的深入研究提供一种新的表征分析手段；(2) 将RRAM磁性导电细丝作为研究QAMR效应的良好载体，提供一种实验上稳定实现QAMR效应的新思路，同时促进对原子尺度材料体系的自旋相关输运特性的理解；(3) 调控和操作电阻态、磁有序/无序等多态，构建新型功能纳米电子器件。

阻变存储器（RRAM）由于具有结构简单、速度快、易于三维集成等优点而成为未来通用存储器的有力竞争者，同时表现出电导量子化等物理效应，是存储器领域的研究热点。本项目针对RRAM的导电细丝调控及相关物理效应开展了详细深入的研究。主要研究结果包括：1）设计并制备出具有磁性导电细丝的RRAM器件，通过电学操作获得导电细丝的量子化调控和电导量子化效应，并以具有原子尺度的磁性导电细丝为载体研究量子化各向异性磁电阻效应（QAMR），揭示了细丝的量子输运过程；2）揭示了RRAM的SET和RESET参数的波动性规律，并建立了相应的物理模型揭示统计规律，建立了RRAM导电细丝生长微观动态过程的物理模型和蒙特卡洛模拟器，进一步深入揭示了SET转变的物理机制；3）利用弱自旋轨道耦合的Zr金属实现了CoFeB磁性层的电流诱导磁化翻转（CIMS）；4）利用Al钝化层实现了对Cr掺杂磁性拓扑绝缘体Cry(BixSb1-x)2-yTe3的费米能级的稳定作用。研究成果在Small、The Journal of Physical Chemistry、Physical Review Research、Applied Physics Letters等期刊发表论文13篇、在国际会议上发表论文3篇。参加国际学术会议5次，参加国内学术会议5次，组织学术会议4次。获授权发明专利1项，申请发明专利5项。培养研究生11人。项目负责人以突出贡献者身份参与获得获得2018年中国科学院杰出科技成就奖，并获得2019年国家杰出青年科学基金项目资助。