Cinétique de commutation de dispositifs memristifs utilisant des transitions de phase topotactiques brownmillerite-perovskite – Memtop

Les dispositifs memristifs basés sur l'oxydoréduction sont des candidats très intéressants pour les futures mémoires non volatiles et pour les synapses artificielles des circuits neuromorphiques. Le comportement memristif est généralement issu du mouvement des ions d'oxygène induit par le champ, ce qui conduit à une réaction redox locale à l'échelle nanométrique. Dans les films minces de certaines pérovskites, comme les manganites, les ferrites et les cobaltites, ce processus d'oxydoréduction entraîne une transition de phase topotactique entre une phase pérovskite (PV) conductrice avec des lacunes d'oxygène désordonnées et une phase brownmillerite (BM) isolante avec des lacunes d'oxygène ordonnées. Dans ce cas, la cinétique de transport des ions oxygène est censée déterminer les performances du dispositif memristif, en termes de vitesse de commutation, de rétention et de plasticité des synapses artificielles, mais à l'heure actuelle, cette cinétique de transport des ions est mal comprise. Il est seulement établi que la commutation résistive dans les films de BM dépend fortement de l'orientation du film mince de BM. Dans ce projet, nous combinerons une variété de techniques expérimentales et computationnelles pour élucider la relation entre le transport d'ions oxygène dépendant de l'orientation dans les films minces de cobaltite et de ferrite et la cinétique de commutation des dispositifs memristifs correspondants. Plus précisément, nous développerons des voies de fabrication pour différentes orientations cristallines grâce à deux techniques de dépôt différentes, le dépôt par laser pulsé (PLD) et le dépôt chimique en phase vapeur de précurseurs organométalliques (MOCVD). Les échantillons seront soumis, d'une part, à la diffraction in situ des rayons X (DRX) et à la spectroscopie Raman in situ pour suivre la dynamique de la transition de phase topotactique et, d'autre part, à des recuits d'échange isotopique de 18O et à une analyse ultérieure par spectrométrie de masse des ions secondaires (SIMS) ou par spectroscopie Raman pour obtenir des coefficients de diffusion de l'oxygène par traçage dans les films minces PV et BM. Les deux branches de ces études seront soutenues par des simulations de dynamique moléculaire (MD). De cette manière, nous visons à relier la cinétique de la transition de phase topotactique à la cinétique de transport de l'oxygène et des ions le long de différentes directions cristallines. La troisième étape consiste à élucider le mécanisme de commutation et la cinétique des dispositifs memristifs BM avec différentes orientations cristallines au moyen de différentes techniques de commutation in operando. En rassemblant toutes les connaissances acquises sur les transitions de phase topotactiques, des modes de conception pertinents pour les dispositifs memristifs avec une cinétique de commutation améliorée pourront être établis.