DALI用于研究涉及隱藏電荷密度波態的快速電子電阻開關
固體材料往往在低溫下發生相變，產生全新的物理性質。電荷密度波是金屬材料在低溫下發生相變后的一種可能的基態，導致原本均勻分布的電荷密度在實空間發生周期性波動，并且伴隨著晶格畸變。這種現象在低維金屬材料中十分普遍。人們對一維條件下電荷密度波的形成原因已經有了比較清楚的認識。二維或準二維電荷密度波材料更為豐富，但關于其形成機理卻始終存在著不同的觀點。此外，在不少材料中電荷密度波與超導存在著微妙的關聯。這些原因使電荷密度波成為凝聚態物理中備受關注的一個研究方向。
計算機存儲元件的功能目前是基于多重穩定性的，通過局部操縱晶體管中的電子密度或通過切換磁性或鐵電順序來驅動。另一種可能性是通過離子的運動在金屬相和絕緣相之間轉換，但它們的速度受到成核緩慢和不均勻滲透生長的限制。
斯洛文尼亞的Jozef Stefan Institute團隊展示了一種脈沖電流注入引起的電荷密度波系統的快速電阻開關。其中注入的電荷通過與CDW階參量的梯度耦合產生域壁(DWs)，在低溫下將材料從絕緣態轉化為金屬態。從技術的角度來看，這為低溫超高速存儲設備的出現提供了可能性，而低溫超高速存儲設備的缺乏迄今為止嚴重阻礙了超高速節能超導計算的發展。
樣品制備：以碘為輸運劑，采用化學輸運法生長T-TaS2晶體，平均橫向尺寸為1 ~ 5mm，厚度~100 mm。用膠帶將單晶剝離得到薄片。將得到的50 ~ 100納米厚的薄片沉積在藍寶石襯底上。使用DALI光刻機，激光直接光刻技術在薄片頂部沉積4個金電極，初始層厚度為10 nm。
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DALI光刻機 基本參數：
⊙基板尺寸：100x100 mm
⊙激光波長：375 nm
⊙直寫光斑 ：1 µm 和 3 µm
⊙激光光斑定位分辨率： <1nm
⊙直寫速度：100.000 點/秒
⊙最小結構尺寸：1µm
⊙設備尺寸 ：650 × 522 × 626 mm 80 kg
內含用于對準與觀察的顯微成像系統
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實驗是在1T-TaS2上進行的，它在高溫下是一種簡單的金屬，具有單個Ta d電子帶穿過費米能級。在Tc0=543 K時，形成集成電路CDW。在Tc1=350 K以下冷卻時，為了符合底層晶格，IC結構形成了一個幾乎相稱的(NC)狀態，其中每個13個Ta原子上的電子定位，導致由DWs分隔的NC極化子簇的規則六角形陣列。在Tc2=183 K以下，DWs消失，形成完全相稱的六邊形極化超晶格，這被認為是具有DMott≃0.1 eV的Mott絕緣體。
當電荷脈沖穿過材料時，它將1T-TaS2中有序的極化子Mott絕緣態轉換為具有紋理化域壁的亞穩電子態，并伴隨著極化子態到邊緣態的轉換，同時從絕緣體到金屬的快速切換。大的電阻變化，高開關速度(30 ps)和超低的每比特能量為非易失性存儲設備操縱全電子狀態的新概念開辟了道路。
圖1 切換速度和閾值行為
圖1(a)以高于閾值IT的單脈沖測量的開關電阻比，每次從HI電阻狀態開始(紅色圓圈)。黑色圓圈表示電流脈沖后的電阻率。(b)以1s脈沖擦除，每次從LO電阻狀態(紅色圓圈)開始。黑色圓圈表示施加擦除脈沖后的電阻率。數據是通過交替寫入/擦除周期和增加脈沖長度來獲得的。(c)以金屬-半導體-金屬(MSM)器件為電流源進行30ps測量的電路。(d)每個脈沖期間測量的電壓V，脈沖電流I先遞增后遞減，分別由路徑(1)和路徑(2)所示。在閾值電流IT以上，V突然在兩個連續的電流值之間下降。(e)與d相同，但從低阻狀態開始，沿路徑(1)增加脈沖，然后沿路徑(2)減小脈沖。在所有情況下，T=20 K，脈沖長度為10 ms。
圖2 1T - TaS2的平衡相和開關行為的演示
圖2(a)為不同溫度下1T - TaS2中CDW的不同狀態示意圖。圖(b)為響應來自電流源的脈沖從HI電阻切換到LO電阻的時間行為。虛線表示沒有開關時的外推電壓。其中R為雙端電路電阻，變化范圍為53 ~ 44 ns。弛豫時間的擬合表明，開關后的τ與脈沖結束時的τRC之間的差值小于0.3 ns，這對器件的固有速度設置了限制。插入顯示了測量電路。小的疊加振蕩是由于電路的振鈴。
相關成果以"Fast electronic resistance switching involving hidden charge density wave states”為題發表在《自然—通訊》 (Nature Communications)上
計算機存儲元件的功能目前是基于多重穩定性的，通過局部操縱晶體管中的電子密度或通過切換磁性或鐵電順序來驅動。另一種可能性是通過離子的運動在金屬相和絕緣相之間轉換，但它們的速度受到成核緩慢和不均勻滲透生長的限制。
斯洛文尼亞的Jozef Stefan Institute團隊展示了一種脈沖電流注入引起的電荷密度波系統的快速電阻開關。其中注入的電荷通過與CDW階參量的梯度耦合產生域壁(DWs)，在低溫下將材料從絕緣態轉化為金屬態。從技術的角度來看，這為低溫超高速存儲設備的出現提供了可能性，而低溫超高速存儲設備的缺乏迄今為止嚴重阻礙了超高速節能超導計算的發展。
樣品制備：以碘為輸運劑，采用化學輸運法生長T-TaS2晶體，平均橫向尺寸為1 ~ 5mm，厚度~100 mm。用膠帶將單晶剝離得到薄片。將得到的50 ~ 100納米厚的薄片沉積在藍寶石襯底上。使用DALI光刻機，激光直接光刻技術在薄片頂部沉積4個金電極，初始層厚度為10 nm。
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DALI光刻機 基本參數：
⊙基板尺寸：100x100 mm
⊙激光波長：375 nm
⊙直寫光斑 ：1 µm 和 3 µm
⊙激光光斑定位分辨率： <1nm
⊙直寫速度：100.000 點/秒
⊙最小結構尺寸：1µm
⊙設備尺寸 ：650 × 522 × 626 mm 80 kg
內含用于對準與觀察的顯微成像系統
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實驗是在1T-TaS2上進行的，它在高溫下是一種簡單的金屬，具有單個Ta d電子帶穿過費米能級。在Tc0=543 K時，形成集成電路CDW。在Tc1=350 K以下冷卻時，為了符合底層晶格，IC結構形成了一個幾乎相稱的(NC)狀態，其中每個13個Ta原子上的電子定位，導致由DWs分隔的NC極化子簇的規則六角形陣列。在Tc2=183 K以下，DWs消失，形成完全相稱的六邊形極化超晶格，這被認為是具有DMott≃0.1 eV的Mott絕緣體。
當電荷脈沖穿過材料時，它將1T-TaS2中有序的極化子Mott絕緣態轉換為具有紋理化域壁的亞穩電子態，并伴隨著極化子態到邊緣態的轉換，同時從絕緣體到金屬的快速切換。大的電阻變化，高開關速度(30 ps)和超低的每比特能量為非易失性存儲設備操縱全電子狀態的新概念開辟了道路。
圖1 切換速度和閾值行為
圖1(a)以高于閾值IT的單脈沖測量的開關電阻比，每次從HI電阻狀態開始(紅色圓圈)。黑色圓圈表示電流脈沖后的電阻率。(b)以1s脈沖擦除，每次從LO電阻狀態(紅色圓圈)開始。黑色圓圈表示施加擦除脈沖后的電阻率。數據是通過交替寫入/擦除周期和增加脈沖長度來獲得的。(c)以金屬-半導體-金屬(MSM)器件為電流源進行30ps測量的電路。(d)每個脈沖期間測量的電壓V，脈沖電流I先遞增后遞減，分別由路徑(1)和路徑(2)所示。在閾值電流IT以上，V突然在兩個連續的電流值之間下降。(e)與d相同，但從低阻狀態開始，沿路徑(1)增加脈沖，然后沿路徑(2)減小脈沖。在所有情況下，T=20 K，脈沖長度為10 ms。
圖2 1T - TaS2的平衡相和開關行為的演示
圖2(a)為不同溫度下1T - TaS2中CDW的不同狀態示意圖。圖(b)為響應來自電流源的脈沖從HI電阻切換到LO電阻的時間行為。虛線表示沒有開關時的外推電壓。其中R為雙端電路電阻，變化范圍為53 ~ 44 ns。弛豫時間的擬合表明，開關后的τ與脈沖結束時的τRC之間的差值小于0.3 ns，這對器件的固有速度設置了限制。插入顯示了測量電路。小的疊加振蕩是由于電路的振鈴。
相關成果以"Fast electronic resistance switching involving hidden charge density wave states”為題發表在《自然—通訊》 (Nature Communications)上
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