层状存储器经受超过1000亿次状态切换

存储器必须清楚区分不同电状态，在没有持续供电时保留状态，并承受反复改写。Yue Wang及其同事制造了一种实验性结器件，经受了超过1000亿次切换循环。Science发表的这项器件使用13纳秒脉冲改变状态，每个脉冲的估算能量为6.5飞焦耳，即6.5×10⁻¹⁵焦耳。

器件由原子级薄材料堆叠而成：菱方相二硫化钼、六方氮化硼、单层石墨烯和铬。这些薄片构成范德华异质结构，即依靠相对较弱的原子间吸引力结合的层状结构。电压不是让离子在厚晶体内部移动，而是使相邻层轻微滑移。新的相对位置会反转极化，也就是电荷的集体取向，并在脉冲结束后保留下来。

读取状态需要把微小重排转化为电流差。电子通过量子隧穿越过超薄势垒；在这个过程中，粒子有一定概率出现在按经典物理无法跨越的势垒另一侧。该结构同时引起两种变化：极化既改变势垒高度，也改变载流子浓度。根据论文摘要，两者协同产生了超过1000万的隧穿电阻比。

在高电导状态下，0.5伏电压对应的电流密度达到每平方厘米222安培。如此宽的读取窗口针对了滑移铁电体的一项已知弱点：层片低摩擦滑移，因此耐反复操作，但其极化远小于传统铁电体，通常只能产生较弱信号。研究团队在不增加第三个端子的情况下，把弱极化转化为可测量的强反差。

Xinyu Lv等人9月1日在Chinese Physics B发表的另一项研究为这一机制提供背景。他们计算了扭转六方氮化硼与二硒化钼电极组成的系统，极化使能带边缘移动约0.2电子伏特，模型预测电阻比接近100。在这个不同系统中，电极的态密度而不只是隧穿势垒主导了放大。它并非对Science器件的重复验证，但从独立路径说明小极化如何控制更大的读出信号。

这些数字使新型结器件成为低功耗非易失存储的有前景原型，但还不能等同于可制造产品。主论文摘要没有报告大型阵列的生产良率、多年数据保持能力或与工业电路的集成。已经证明的是物理和器件层面的性能：快速切换、较低的估算能量、可读取电流，以及测试样品中极高的循环耐久性。下一项关键考验，是在制造并连接数百万个单元时同时保住这四项性质。