ACS Nano | STM 针尖调控硅表面纳米畴中双稳相的转换

以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications

英文原题：Controlled switching of bistable nanophase domains on a silicon surface

通讯作者：明方飞，中山大学；Hanno H. Weitering  The University of Tennessee, Knoxville

作者：Paul C. Snijders

背景介绍

基于电压或电流触发的双稳相转换可被用于制备具有高开关速度、高可靠性和高可扩展性的相变忆阻器。扫描隧道显微镜 (STM)可以分辨原子尺度结构和电子态以及原子的运动。更重要的是，STM尖端可以精确控制局部电场及隧穿电子注入，并施加机械力来调控相变过程，是探索原子尺度下双稳相的电调控过程的理想手段。

图1. 示意展示STM针尖通过电场和隧穿电流调控双层Sn表面2.3nm宽筹的双稳态

文章亮点

近日，中山大学大学明方飞副教授等人在ACS Nano 上发表了利用STM针尖调控硅表面双稳态纳米畴的结果。论文确定了两种相转换的调控机制。第一，电场的强度和极性可以连续调控两相的相对稳定性；第二，隧穿电子注入特定的空轨道并形成了具有较长寿命的热电子，其与表面声子耦合使得被注入相失稳，这为纳米畴结构进入隐藏的亚稳态提供了关键途径。

图2. 针尖诱导的双稳相可控转换。(a) 负样品偏压下I(V) 点谱显示 -1.25 V 附近电流突然下降，展现的是电压调控的相转换。(b) 正样品偏压下 I(V) 点谱中0.6 V和1.25 V 附近电流突然变化，展现的是隧穿电流占据特定空态导致的相转换。

总结/展望

本文利用STM 研究了p 型 Si(111) 上 Sn 双层结构中纳米畴双稳态的可控相转换过程，指出电场和隧穿电子注入是实现相转变的机制。这一相转变不仅完全由电流和电场驱动并且是可逆和非易失性的。本文对原子尺度双稳态转换的微观机制的探索将有助于设计高性能的电控相变材料和忆阻器件。

相关论文发表在ACS Nano 上，中山大学副教授明方飞为文章的第一作者，明方飞和田纳西大学诺克斯维尔分校Hanno Weitering教授为通讯作者。

通讯作者信息：

明方飞副教授，中山大学电子与信息工程学院，主页：https://seit.sysu.edu.cn/teacher/MingFangfei

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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