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浴日光能钙钛矿

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[交流] 新型钙钛矿基忆阻器可承受 1,500 多次重写周期

圣彼得堡国立信息技术机械与光学大学（ITMO University）、俄罗斯科学院约费物理技术研究院（Ioffe Institute of Physics and Technology）和哈尔滨工程大学的研究人员开发了一种稳定的钙钛矿纳米忆阻器，可以承受1500多次重写循环，并且在数月后不会降解。此外，研究人员还实现了创纪录的尺寸和能耗值—70-80 纳米钙钛矿单晶为 130-160 纳瓦。

这一成就可以为超紧凑忆阻器铺平道路，并为神经形态计算提供更快、更节能的超紧凑处理器。

直到 2008 年，随着超纯半导体材料生产技术的发展，忆阻器的实际实施才成为可能。忆阻器根据流过它的电流的大小和方向改变其电阻，它可用于存储信息或节能地处理信息，因为它们比传统硅晶体管消耗更少的能量。这些特性可用于创建节能的信息存储和处理系统，包括神经形态计算、人工智能系统中的信号处理、机器视觉、声学语音系统和生物界面。

钙钛矿是创造新型微电子学（包括忆阻器）的有前途的材料。然而，钙钛矿忆阻器由于其不稳定性而仍然不适合实际应用。问题出在材料本身的结构上：许多科学家使用的多晶钙钛矿薄膜在微晶之间有边界。不仅水分和氧气穿透这些边界，导致钙钛矿发生化学降解，而且金属离子也会从电极中不受控制地迁移，这导致忆阻器在相同电压下不可替代的切换。

该团队首次提出了一种钙钛矿忆阻器，该忆阻器可以承受 1,500 多次重写循环，并且在室内运行数月后不会降解。通过使用欧姆惰性触点和由铅溴化铯（CsPbBr3）作为半导体。它是基于卤化铅的耐化学性最强的钙钛矿之一。纳米立方体的单晶结构也保证了元素电化学性质在循环之间稳定。钙钛矿单立方体本身位于氧化铟锡和掺硼金刚石之间。这些是化学惰性电极，也保证了忆阻器开关的稳定性。

同时，研究人员设法实现了钙钛矿忆阻器的最低能耗值和尺寸之一---对于 130-160 纳米的单晶，70-80 纳瓦。其他类似的钙钛矿器件需要 200 到 35,000 纳瓦，这些参数使开发非常紧凑和节能。忆阻器也在不到一毫秒的时间内切换，电流幅度相差约4-5个数量级，这使得该器件的信号处理方便快捷。

我们对纳米晶体内电荷的行为进行了建模，并发现正是它们在界面上的积累导致了忆阻效应。事实上，这种电荷的积累会产生偶极矩，从而改变钙钛矿接触区域的能垒。正是这种现象允许忆阻器切换电阻，”该研究的作者、New ITMO 物理与技术研究所的高级研究员解释。

该开发可以为人工智能和机器学习任务提供更快、更节能的超紧凑型神经形态处理器。此外，这种单个忆阻器可以轻松组装成可扩展电路（交叉条），用于单个半导体的逻辑和开关的实际实现。未来，科学家们计划在一系列单晶钙钛矿纳米立方体上进行实验，并测试其他材料作为半导体。

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1楼2025-11-14 13:19:27

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