Russian MicroelectronicsRussian MicroelectronicsМикроэлектроника0544-12693034-5480The Russian Academy of Sciences69916310.7868/S3034548025060037MEMRISTORSМЕМРИСТОРЫResearch ArticleFEATURES OF RESISTIVE SWITCHING OF MEMRISTORS BASED ON PbTe NANOPARTICLES WITH PPX UNDER PHOTOEXCITATIONОСОБЕННОСТИ РЕЗИСТИВНОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ МЕМРИСТОРОВ НА ОСНОВЕ ППК С НАНОЧАСТИЦАМИ PbTe ПРИ ФОТОВОЗБУЖДЕНИИTrofimovA. D.ТрофимовА. Д.trofimov_dd@nrcki.ruNikolaevS. N.НиколаевС. Н.email@example.comEmelyanovA. V.ЕмельяновА. В.email@example.comDeminV. A.ДеминВ. А.email@example.comRyikovV. V.РыльковВ. В.email@example.comNational research center Kurchatov InstituteНациональный исследовательский центр «Курчатовский институт»Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)Московский физико-технический институт (государственный университет)15122025546VOL 54, NO6 (2025)ТОМ 54, №6 (2025)47848623122025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0544-1269/article/view/699163

Structural and memristive properties of layered Cu/PPX–PbTe/ITO samples based on parylene (poly-p-xylylene, PPX) with PbTe nanoparticles were studied. An unusual effect of light on the nature of resistive switching (RS) was discovered: in the high-resistance state the memristor conductivity increases under illumination, whereas in the low-resistance state negative photoconductivity (i.e., a noticeable decrease) is observed during cyclic RS. A qualitative model, that describes the switching mechanism under optical excitation and in its absence, is proposed. The characteristics of RS and the possibility of controlling them using illumination demonstrate the possibility of using hybrid PPX-memristors as sensory and synaptic elements in the development of neuromorphic computer vision systems.

Исследованы структурные и мемристичные свойства слоистых образцов Cu/ППК–PbTe/ITO на основе парилена (поли-n-ксилилен, ППК) с наночастицами PbTe. Обнаружено необычное влияние света на характер резистивного переключения (РП) — в высокоомном состоянии проводимость мемристора растет при подсветке, тогда как, в низкоомном состоянии наблюдается отрицательная фотопроводимость (т.е. заметное ее уменьшение) при циклических РП. Предложена качественная модель, описывающая механизм переключения при оптическом возбуждении и в его отсутствии. Характеристики РП и возможность управления ими с помощью освещения демонстрируют возможность использования гибридных ППК-мемристоров в качестве сенсорных и синаптических элементов при разработке нейроморфных систем компьютерного зрения.

resistive switchingoptoelectronic memristorparylenenanocompositePbTeрезистивное переключениеоптоэлектронный мемристорпариленнанокомпозитPbTeРабота выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект № 24-19-00200) в части исследований влияния освещения на мемристичные свойства образцов Cu/ППК–PbTe/ITO и государственного задания НИЦ «Курчатовский институт» в части синтеза образцов и изучения их структурных особенностей. Измерения выполнены с использованием оборудования Ресурсного центра НИЦ «Курчатовский институт».Lanza M., Pazos S., Aguirre F., Abu S., Gallo M., Alam S.M., Ikegawa S., Yang J.J., Vianello E., Chang M., Molas G., Naveh I., Ielmini D., Liu M., Roldan J.B. The growing memristor industry // Nature. 2025. V. 640. P. 613–622. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08733-5Ielmini D., Pedretti G. Resistive Switching Random-Access Memory (RRAM): Applications and Requirements for Memory and Computing // Chem. Rev. 2025. V. 125. P. 5584–5625. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.4c00845Roldán J.B., Miranda E., Maldonado D., Mikhaylov A.N., Agudov N.V., Dubkov A.A., Koryazhkina M.N., Gonzá-lez M.B., Villena M.A., Poblador S., Saludes-Tapia M., Picos R., Jiménez-Molinos F., Stavrinides S.G., Salvador E., Alonso F.J., Campabadal F., Spagnolo B., Lanza M., Chua L.O. Variability in Resistive Memories // Adv. Intell. Syst. 2023. V. 5. № 6. P. 2200338. https://doi.org/10.1002/aisy.202200338Мацукатова A.Н., Трофимов А.Д., Емельянов А.В. Температурно-индуцированный переход между режимами резистивного переключения мемристивных кроссбар-структур на основе парилена // Письма ЖЭТФ. 2023. Т. 118. № 5. С. 355–360. https://doi.org/10.31857/s1234567823170081Yoon J.H., Song Y.-W., Ham W., Park J.-M., Kwon J.-Y. A review on device requirements of resistive random access memory (RRAM)-based neuromorphic computing // AIP Publishing, LLC. APL Mater. 2023. V. 11. № 9. P. 090701. https://doi.org/10.1063/5.0149393Chaurasiya R., Shih L.-C., Chen K.-T., Chen J.-S. Emerging higher-order memristors for bio-realistic neuromorphic computing: A review // Mater. Today. 2023. V. 68. P. 356–376. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.08.002Shan X., Wang Z., Xie J., Xie J., Han J., Tao Y., Lin Y., Zhao X., Ielmini D., Liu Y., Xu H. Hemispherical Retina Emulated by Plasmonic Optoelectronic Memristors with All‐Optical Modulation for Neuromorphic Stereo Vision // Adv. Sci. 2024. P. 2405160. https://doi.org/10.1002/advs.202405160Zhou F., Chai Y. Near-sensor and in-sensor computing // Nat. Electron. 2020. V. 3. P. 664.Wan T., Shao B., Ma S., Zhou Y., Li Q., Chai Y. In‐sensor computing: materials, devices, and integration technologies // Adv. Mater. 2023. V. 35. № 37. P. 2203830. https://doi.org/10.1002/adma.202203830Ren Q., Zhu C., Ma S., Wang Z., Yan J., Wan T., Yan W., Chai Y. In‐Sensor Computing: Materials, Devices, and Integration Technologies // Adv. Mater. 2023. V. 35. № 37. P. 2203830. https://doi.org/10.1002/adma.202407476Pereira M.E., Martins R., Fortunato E., Barquinha P., Kiazadeh A. Recent progress in optoelectronic memristors for neuromorphic and in-memory computation // Neuromorphic Comput. Eng. 2023. V. 3. № 2. P. 022002. https://doi.org/10.1088/2634-4386/acd4e2Wang W., Gao S., Wang Y., Li Y., Yue W., Niu H., Yin F., Guo Y., Shen G. Advances in Emerging Photonic Memristive and Memristive‐Like Devices // Adv. Sci. 2022. V. 9. № 28. P. 2105577. https://doi.org/10.1002/advs.202105577Liu L., Cheng Z., Jiang B., Liu Y., Zhang Y., Yang F., Wang J., Yu X.F., Chu P.K., Ye C. Optoelectronic Artificial Synapses Based on Two-Dimensional Transitional-Metal Trichalcogenide // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. № 26. P. 30797–30805. https://doi.org/10.1021/acsami.1c03202Park H., Ju D., Mahata C., Emelyanov A., Koo M., Kim S. Long‐ and Short‐Term Memory Characteristics Controlled by Electrical and Optical Stimulations in InZnO‐Based Synaptic Device for Reservoir Computing // Adv. Electron. Mater. 2024. V. 10. № 8. P. 2300911. https://doi.org/10.1002/aelm.202300911Баранов А.Н., Митюшев Н.Д., Фирсов А.А., Кабачков Е.Н., Панин Г.Н. Фоточувствительные мемристорные структуры на основе восстановленного оксида графена и углеродных наночастиц // Журнал структурной химии. 2024. Т. 65. Вып. 4. С. 125704. https://doi.org/10.26902/JSC_id125704Chen Q., Zhang Y., Liu S., Han T., Chen X., Xu Y., Meng Z., Zhang G., Zheng X., Zhao J., Cao G., Liu G. Switchable Perovskite Photovoltaic Sensors for Bioinspired Adaptive Machine Vision // Adv. Intell. Syst. 2020. V. 2. № 9. P. 2000122. https://doi.org/10.1002/aisy.202000122Tan H., Liu G., Zhu X., Yang H., Chen B., Chen X., Shang J., Lu W. D., Wu Y., Li R. An Optoelectronic Resistive Switching Memory with Integrated Demodulating and Arithmetic Functions // Adv. Mater. 2015. V. 27. № 17. P. 2797–2803. https://doi.org/10.1002/adma.201500039Hu D.-C., Yang R., Jiang L., Guo X. Memristive Synapses with Photoelectric Plasticity Realized in ZnO1–x/AlOy Heterojunction // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2018. V. 10. № 7. P. 6463–6470. https://doi.org/10.1021/acsami.8b01036Yuan L., Liu S., Chen W., Fan F., Liu G. Organic Memory and Memristors: From Mechanisms, Materials to Devices // Adv. Electron. Mater. 2021. V. 7. № 11. P. 2100432. https://doi.org/10.1002/aelm.202100432Minnekhanov A.A., Shvetsov B.S., Martyshov M.M., Nikiruy K.E., Kukueva E.V., Presnyakov M.Y., Forsh P.A., Rylkov V.V., Erokhin V.V., Demin V.A., Emelyanov A.V. On the resistive switching mechanism of parylene-based memristive devices // Elsevier. Org. Electron. 2019. V. 74. P. 89–95. https://doi.org/10.1016/j.orgel.2019.06.052Yuklyaevskikh G.A., Shvetsov B.S., Emelyanov A.V., Kulagin V.A., Rylkov V.V., Demin V.A. Plasticity of parylene memristors: Compact phenomenological model and synaptic properties // Elsevier Ltd. Chaos, Solitons & Fractals. 2025. V. 190. P. 115784. https://doi.org/10.1016/j.chaos.2024.115784Kim J.E., Kim B., Kwon H.T., Kim J., Kim K., Park D.W., Kim Y. Flexible Parylene C-Based RRAM Array for Neuromorphic Applications // IEEE Access. 2022. V. 10. P. 109760–109767. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3211956Shvetsov B.S., Minnekhanov A.A., Emelyanov A.V., Ilyasov A.I., Grishchenko Y.V., Zanaveskin M.L., Nesmelov A.A., Streltsov D.R., Patsaev T.D., Vasi-liev A.L., Rylkov V.V., Demin V.A. Parylene-based memristive crossbar structures with multilevel resistive switching for neuromorphic computing // IOP Publishing. Nanotechnology. 2022. V. 33. № 25. P. 255201. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac5cfeCai Y., Tan J., YeFan L., Lin M., Huang R. A flexible organic resistance memory device for wearable biomedical applications // Nanotechnology. 2016. V. 27. № 27. P. 275206. https://doi.org/10.1088/0957-4484/27/27/275206Chen Q., Lin M., Wang Z., Zhao X., Cai Y., Liu Q., Fang Y., Yang Y., He M., Huang R. Low power parylene-based memristors with a graphene barrier layer for flexible electronics applications // Adv. Electron. Mater. 2019. V. 5. № 9. P. 1800852. https://doi.org/10.1002/aelm.201800852Matsukatova A.N., Vdovichenko A.Y., Patsaev T.D., Forsh P.A., Kashkarov P.K., Demin V.A., Emely-anov A.V. Scalable nanocomposite parylene-based memristors: Multifilamentary resistive switching and neuromorphic applications // Nano Res. 2023. V. 16. № 2. P. 3207–3214. https://doi.org/10.1007/s12274-022-5027-6Minnekhanov A., Matsukatova A., Trofimov A., Nesmelov A., Zavyalov S., Demin V., Emelyanov A. Reliable Memristive Synapses Based on Parylene-MoOx Nanocomposites for Neuromorphic Applications // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2023. V. 15. № 47. P. 54996–55008.Trofimov A.D., Emelyanov A.V., Matsukatova A.N., Nesmelov A.A., Zavyalov S.A., Patsaev T.D., Forsh P.A., Liu G., Rylkov V.V., & Demin V.A. Photosensitive resistive switching in parylene–PbTe nanocomposite memristors for neuromorphic computing // Nanoscale. 2025. V. 17. P. 8484–8495. https://doi.org/10.1039/D5NR00456JVaxenburg R., Boercker J.E., Woodall D.L., Ellis C.T., Hellberg C.S., Efros A.L., Tischler J.G. Intrinsic Gap States in Semiconductors with Inverted Band Structure: Comparison of SnTe vs PbTe Nanocrystals // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. № 18. P. 11974–11981. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b01871Несмелов А.А., Завьялов С.А., Малахов С.Н., Бакиров А.В., Кондратьев О.А., Стрельцов Д.Р., Велигжанин А.А., Храмов Е.В., Трофимов А.Д., Миннеханов А.А., Емельянов А.В., Демин В.А., Чвалун С.Н. Синтез и свойства композитов на основе поли-пара-ксилилена и оксида молибдена // Химическая Физика. 2023. Т. 42. Вып. 7. C. 50–58. https://doi.org/10.31857/s0207401x23070142Ryabova M.A., Matsukatova A.N., Emelyanov A.V., Nesmelov A.A., Patsaev T.D., Demin V.A. Parylene-MoOx crossbar memristors as a volatile reservoir and non-volatile readout: a homogeneous reservoir computing system // Royal Society of Chemistry. Nanoscale. 2024. V. 16. № 44. P. 20628–20636. https://doi.org/10.1039/D4NR03368JVedeneev A.S., Rylkov V.V., Napolskii K.S., Leontiev A.P., Klimenko A.A., Kozlov A.M., Luzanov V.A., Nikolaev S.N., Temiryazeva M.P., Bugaev A.S. Effects of electron drag of gold in pores of anodic aluminum oxide: Reversible resistive switching in a chain of point contacts // JETP Lett. 2017. V. 106. P. 411. https://doi.org/10.1134/S0021364017180138Strehblow H.H., Bettini M. Electrochemical Surface Reactions on PbTe // J. Electrochem. Soc. The Electrochemical Society, Inc., 1980. V. 127. № 4. P. 847–855. https://doi.org/10.1149/1.2129768Kang J., Kim T., Hu S., Kim J., Kwak J.Y., Park J., Park J.K., Kim I., Lee S., Kim S., Jeong Y. Cluster-type analogue memristor by engineering redox dynamics for high-performance neuromorphic computing // Springer US. Nat. Commun. 2022. Vol. 13, № 1. P. 4040. https://doi.org/10.1038/s41467-022-31804-4Jiang H., Ji H., Ma Z., Yang D., Ma J., Zhang M., Li X., Wang M., Li Y., Chen X., Wu D., Li X., Shan C., Shi Z. Simultaneous achieving negative photoconductivity response and volatile resistive switching in Cs2CoCl4 single crystals towards artificial optoelectronic synapse // Light Sci. Appl. 2024. Vol. 13, № 1. P. 316. https://doi.org/10.1038/s41377-024-01642-8Никируй К.Э., Емельянов А.В., Демин В.А., Рыльков В.В., Ситников А.В., Кашкаров П.К. Прецизионный алгоритм переключения мемристора в состояние с заданным сопротивлением // Письма В Журнал Технической Физики. 2018. V. 44. № 10. P. 20. https://doi.org/10.21883/pjtf.2018.10.46095.17099