Small:无铅双钙钛矿实现环境稳定忆阻器用于高性能信息存储

自从1971年蔡少棠理论预测忆阻器的存在以及2008年惠普实验室首次实现忆阻器器件,忆阻器正在不断吸引研究人员的关注,由于其特殊的性质,将在数字/逻辑混合运算,人工突触,和神经网络模拟等领域有潜在的应用价值。特别是在信息存储领域,由于忆阻器快速的写入/读取/擦除速率,低能耗,多存储态和高可扩展性,使其有望成为新一代的信息存储解决方案。到目前为止,包括金属氧化物,硫化物,有机材料等在内的多种材料被用于构建忆阻器。但是无机材料需要在高温及复杂的工艺条件下制备,而有机材料虽然具备结构的多样性,但其合成方法一般较为复杂。更重要的是,目前的研究工作主要集中在提高忆阻器在适宜环境下的性能,但是对于器件在较恶劣环境下的研究工作鲜有报道。绝大部分忆阻器在高湿度,高温,火焰,电离辐射及机械弯折条件下无法正常工作,这大大限制了忆阻器在船舶工程,航空航天,军事领域及核辐射环境中的应用。因此开发一种新型的可以在温和条件下制备,并且能够在各种恶劣环境下工作的忆阻材料与器件前景诱人,但也颇具挑战性。

近年来,有机无机卤化铅钙钛矿材料由于独特的混合电子离子特性,在光伏器件,光电子器件以及忆阻器等方面都引起了越来越多的关注。杂化卤化铅钙钛矿材料具有高度的缺陷耐受性以及可溶液法制备的优点,使其制备过程简单,成本低廉。但是由于其本身环境稳定性较差,也引起了人们对于其今后走向应用的担忧。一种直接的解决方案是通过一价金属与三价金属的组合来替换铅离子,同时还能够解决铅毒性的问题。在这种情况下,无铅双钙钛矿,特别是具有高环境稳定性的Cs2AgBiBr6,被广泛认为是太阳能电池,光电探测器及光电二极管中卤化铅钙钛矿的替代品。

苏州大学材料与化学化工学部贺竞辉教授与路建美教授通过低压辅助旋涂方式制备出高质量无孔无铅双钙钛矿Cs2AgBiBr6薄膜,所制备的电存储器件,在完成1000次写入/擦除循环,105 s恒压读取以及104次弯折循环后仍然能够保持稳定的电存储性能,这优于大多数基于钙钛矿材料制备的忆阻器。更重要的是在高达80%湿度环境下,453 K高温条件下,酒精灯火焰灼烧10 s后,以及60Co辐射源辐照5´105 rad剂量g射线后,器件依然能够稳定工作,这是以往任何存储器件无法实现的。这一优异的环境稳定性主要来源于Cs2AgBiBr6材料较高的形成能以及较好的结晶性。研究者相信,通过Cs2AgBiBr6材料实现高环境稳定性的忆阻器将会进一步促进双钙钛矿材料在环境稳定电子器件中的应用。相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201905731)上。