基于范德华材料的埃米尺度离子忆阻器工程——通往高度可调存储态之路

模拟大脑功能的忆阻器对于节能神经形态器件至关重要。模拟生物突触的离子通道仍处于早期发展阶段，尤其是存储态的可调性方面。在此，我们展示了将K+、Ca2+和Al3+等阳离子嵌入蛭石的层间空间，可形成尺寸为3-5 Å的高度受限通道。这些通道通过离子交换动力学展现出独特的忆阻特性，即使在1 M的高盐浓度下也是如此。观察到的双极忆阻特性可通过频率、几何不对称性、离子浓度和嵌入离子进行调节。值得注意的是，我们在两种情况下观察到了极化翻转的忆阻行为：一种是含有Al3+离子的器件，另一种是几何不对称比大于15的器件。这种翻转归因于反离子在通道入口处积累导致的过度屏蔽。我们的结果表明，离子交换动力学、离子-离子相互作用以及离子积累/耗尽机制，特别是多价离子，可以被利用来开发先进的忆阻器件。