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非易失性电阻开关，也被称为忆阻器效应，即电场切换两端器件的电阻状态，已经成为高密度信息存储、计算和可重构系统发展中的一个重要概念。在过去的十年里，非易失性电阻开关材料(如金属氧化物和固体电解质)已经取得了长足的进步。长期以来，人们一直认为漏电流会阻止观察到纳米薄绝缘层的这种现象。
然而，最近在过渡金属二卤化物和六方氮化硼夹心结构(也称为原子电阻器)的二维单分子膜中发现的非易失性电阻开关的发现驳斥了这一观点，并由于尺寸缩放的好处而增加了新的材料尺寸。
有鉴于此，美国得克萨斯大学奥斯汀分校Deji Akinwande 报道了以单层MoS2为模型系统，阐明了单层MoS2中空位缺陷处的电阻转换与金属吸附之间的一一对应关系。
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研究人员通过使用先前描述的金辅助机械剥落技术剥离到新沉积的金表面上而制备出MoS2单层，同时该技术可产生大面积单层。金底层既用作STM研究的导电基底，又用作原位运输研究的底部电极。大规模STM图像显示了连续的MoS2单层，这些单层无缝覆盖了底层金表面的阶地和台阶边缘。此外，MoS2薄片的拉曼光谱和光致发光（PL）光谱与单层MoS2的特征一致。
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由于其固有的层状结构，MoS2提供了与金属顶部和底部电极的尖锐、干净的界面，即使在存在空位缺陷的情况下也可以防止过多的隧穿电流。然而，在合适的电场作用下，电极上的吸附原子可以吸附在这些空位上，导致MoS2 MIM器件的电阻发生可逆的变化。这种电阻转换效应有望存在于类似的2D材料中。
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研究发现提供了对非易失性开关的原子性理解，并为精密缺陷工程（直至单个缺陷）打开了一个新的方向，以实现用于超高密度存储器，神经形态计算和射频通信系统的最小忆阻器单元。
参考文献：
Hus, S.M., Ge, R., Chen, P. et al. Observation of single-defect memristor in an MoS2 atomic sheet. Nat. Nanotechnol. (2020)
DOI：10.1038/s41565-020-00789-w
https://doi.org/10.1038/s41565-020-00789-w
第一作者：Guilherme Migliato Marega1. 基于MoS2开发了一种基于浮栅场效应晶体管（FGFETs）的存储器中逻辑器件和电路。2. 从材料的角度为类脑芯片的存算一体化提供了突破。在过去50年，传统数字计算机的性能在不断提高。集成电路的技术进步一方面使得硬件变得越来越强大，另一方面也给寻求优化算法性能的系统架构师带来了挑战。下一代高性能、低功耗的计算机系统需要像大脑学习。传统计算机依循冯·诺依曼架构设计，存储与计算功能分离。每进行一次运算，计算机都要在内存和CPU两个区域之间来回调用，大数据处理效率有待提高。除此之外，因为在存储与计算空间之间来回调用，芯片的能耗大部分转化为热量，既不利于设备的性能稳定，又不环保。类脑芯片就不一样了，人脑中存储与计算功能是合二为一的。科学家们长期以来一直对大脑的计算能力着迷，大脑不仅具有难以置信的能效，而且由于其神经元和突触的架构，还拥有独特的信息处理性能。类脑芯片可以模拟人脑的复杂处理能力，启发了神经形态计算领域，一个使用大脑神经网络结构作为下一代计算机基础的研究领域。为了开发类脑芯片，大量的研究都集中于探索新的器件架构上。然而，适合于这种器件设计的材料开发仍然是一个巨大挑战。有鉴与此，瑞士洛桑联邦理工学院Andras Kis等人将大面积MoS2作为有源沟道材料，开发了一种基于浮栅场效应晶体管（FGFETs）的存储器中逻辑器件和电路。以半导体MoS2为代表的原子层超薄二维材料具有独特的电学和力学性能 研究人员使用一种大晶粒、大面积金属-有机化学气相沉积（MOCVD）工艺来生长MoS2。基于此构建的FGFETs的电导可以精确且连续地调整，因此能够将它们用作可重新配置逻辑电路的构建单元。在可重新配置逻辑电路中，可以使用存储元件直接执行逻辑操作。研究人员以可编程NOR门为演示对象，证明了该设计可以简单地扩展以实现更复杂的可编程逻辑和功能完整的操作集。总之，这项研究展示了原子层超薄半导体二维材料在下一代低功耗电子产品方面的巨大应用前景，为类脑芯片的开发提供了重要的材料基础。Migliato Marega, G., Zhao, Y., Avsar, A. et al. Logic-in-memory based on an atomically thin semiconductor. Nature 587, 72–77 (2020)DOI：10.1038/s41586-020-2861-0https://doi.org/10.1038/s41586-020-2861-0加微信群方式：添加编辑微信 18965840059，备注：姓名-单位-研究方向（无备注请恕不通过），由编辑审核后邀请入群。