自从实验证明平行堆叠的双层六方氮化硼（h-BN）存在界面铁电极化以来，二维（2D）滑移铁电材料得到了极大的丰富，因为二维材料的堆叠顺序可以用来操纵自发极化和滑移铁电，与其内在是否存在铁电性无关。基于二维材料的存储器和忆阻器已被广泛研究并应用于信息存储、内存计算和神经形态计算。二维材料的层状特性使其适合构建金属-绝缘体-金属结构，在这种结构中可以形成导电丝（CFs），产生高/低电阻状态。二维材料中的范德华间隙允许形成金属离子型导电丝和缺陷型导电丝，可通过金属电极、层堆叠和相位调节对其进行调整。因此，通过堆叠顺序和层间相互作用调制来探索滑移铁电材料的记忆特性，有望为滑移铁电材料打开一扇实用的窗口。

鉴于此，mk体育在线（中国）郑守君副教授、周家东教授、郑法伟教授共同合作在Advanced Materials在线发表“Sliding memristor in parallel-stacked hexagonal boron nitride”的研究成果(Adv. Mater. , 240417, (2024))。研究者通过利用石墨烯/平行堆叠六方氮化硼（PS-BN）/石墨烯隧穿器件设计了一种滑移忆阻器，它在界面极化的调制下表现出可调的忆阻行为。我们的滑移忆阻器的忆阻行为归因于带正电荷的硼离子的层间迁移、聚集和导电丝（CFs）的形成，这也得到了理论计算的支持。我们提出的基于 PS-BN 隧穿器件的滑移忆阻器，可以通过极化和施加电场成功地操纵电阻状态。滑移忆阻器稳定的记忆窗口和忆阻行为表明，可以通过隧穿电流探索滑移铁电性，并将其集成到忆阻器中。这一发现不仅为表征滑移铁电材料提供了一种新方法，还为信息存储和神经形态计算中的忆阻器应用提供了可能。

图1展示的 PS-BN 的可切换铁电畴。图a展示了具有 AB 和 BA 堆叠顺序的 PS-BN 结构图，其中层间极化由硼（蓝色）和氮（黄色）原子的排列产生。图c和图b展示了垂直 PFM 相位和振幅滞后回线分别与所施加的尖端偏压成函数关系。图d和图e 展示了在少层石墨烯上的 PS-BN的PFM 振幅和相位映射，显示出明显的 AB 和 BA 铁电畴。图f和图g 展示了PS-BN 在施加 1 V 直流电压时的PFM 相位和振幅图像，展示了可切换的铁电畴。

图2展示了滑移忆阻器的隧穿电流特性。图a展示了由石墨烯/PS-BN/石墨烯结构组成的滑移忆阻器示意图。图b展示了滑移忆阻器的光学照片。图c展示了h-BN 的阴极荧光光谱，在 350 nm和 630 nm波长附近显示出多个阴极荧光峰。图d展示了石墨烯/h-BN/石墨烯隧穿器件的 I-V 曲线，没有滞后现象。图e展示了滑移忆阻器的 I-V 曲线，显示在4 V左右存在稳定的回滞。图f展示了具有两种极化态 PS-BN 的滑移忆阻器能带图，显示了可调的势垒高度和宽度。图g展示了在写入电压为5 V和擦除电压为-5 V时，滑移忆阻器的耐久性。

图3展示了滑移忆阻器中的记忆窗口。图a-d展示了PS-BN中HRS和LRS之间的切换，显示了可逆的大记忆窗口。图c展示了器件可以在电场的同一方向上从LRS切换到HRS，这与基于金属电极的忆阻器不同。图e展示了在5ms内分别用 5V和 -5V的脉冲电压对滑移忆阻器进行编程和擦除。图f展示了几个器件的记忆窗口大小和电流密度的汇总。图g展示了带正电荷的硼离子在两个界面极化运动时形成导电丝的示意图。

图4展示了原子/离子穿过 h-BN 层所需的迁移能。图a展示了h-BN 层的原子结构，B 原子/离子位于六边形中心上方。B 原子/离子沿黑色虚线移动，穿过 h-BN 层。图b展示了系统能量（ΔE）与 H（B 原子/离子距离 h-BN 层的高度）的函数关系。分别展示了中性 B 原子（黑线）、带一个正电荷的 B⁺（红线）、带两个正电荷的 B²⁺（蓝线）、带三个正电荷的 B³⁺（绿线）和带一个负电荷的 B^-（紫线）的能量势垒。

图5展示了滑移忆阻器的C-AFM图。图a展示了PS-BN在石墨烯薄片上的原子力显微镜图(上下两层h-BN均以虚线标出)。图b-d展示了PS-BN 在同一点上的I-V 曲线和忆阻行为（图a中绿色星形标记处）。

研究结论：总之，我们提出了一种基于 PS-BN 隧穿器件的滑移忆阻器，并通过极化和施加电场成功地操纵了电阻状态。滑移忆阻器稳定的记忆窗口和忆阻行为表明，可以通过隧穿电流探索滑移铁电性，并将其集成到忆阻器中。这一发现不仅为表征滑移铁电材料提供了一种新方法，还为信息存储和神经形态计算中的忆阻器应用提供了可能。

文献链接：（ https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202404177）