物质学院刘巍课题组在柔性聚合物忆阻器领域取得重要进展

近日，上海科技大学物质科学与技术学院刘巍课题组构建了一种基于稳定金属丝开关的聚合物基忆阻器，该体系在外部电信号的作用下，表现出了非常稳定的循环性能。此外，该聚合物忆阻器还具有极佳的柔性，在弯折条件下仍表现出良好的循环性能。这项工作为柔性非易失性存储及类神经计算带来了新思路。相关成果发表在国际知名学术期刊Nano Letters上。

随着人工智能、物联网等新信息技术的快速发展，计算与存储分离的冯·诺依曼结构在功耗和运行速度方面已难以满足需求。模拟人脑突触结构、发展神经网络计算被认为是克服冯·诺依曼瓶颈更为有效的计算体系结构。这其中，基于金属丝开关的有机聚合物忆阻器则是实现柔性非易失性存储以及类神经计算的最佳候选之一。然而，工作过程中导电金属丝的不稳定性极大地限制了该类忆阻器的进一步发展和实际应用。

针对上述问题，刘巍团队在聚合物（PEI，聚乙烯亚胺）介质层中预先掺入活性金属离子，引导聚合物层中形成更为稳定可靠的金属丝通路，防止通路在循环过程中自发断开，极大提升了忆阻器的循环稳定性。优化后的Ag/PEI- AgClO₄/Pt忆阻器可以在更小的工作电压下实现更长久且稳定的循环，其开关比始终保持在约10³。不同于Ag/PEI /Pt体系，即使面临断开外部电压的极端条件，该体系的阻值仍可保持7000 s以上，这为非易失性存储带来了希望。此外，该聚合物忆阻器还可在弯折状态或是经历过数百次弯折后仍表现出稳定的阻值切换性能，有望应用于柔性存储计算器件领域。

图1. PEI基忆阻器的结构工作机理示意图

图2. Ag/PEI- AgClO₄/Pt器件阻值转换机理示意图及其性能对比

该成果以“High-Performance Flexible Polymer Memristor Based on Stable Filamentary Switching”为题发表在国际知名学术期刊Nano Letters上，上海科技大学物质学院博士研究生张鑫水为该论文的第一作者，刘巍教授为通讯作者，上科大为第一完成单位。

论文标题：High-Performance Flexible Polymer Memristor Based on Stable Filamentary Switching

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.2c02765