Doklady ChemistryDoklady ChemistryДоклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах2686-95353034-5111The Russian Academy of Sciences65194010.31857/S2686953523600034BIOFNPPHYSICAL CHEMISTRYФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯQUANTIZATION OF ELECTRICAL CONDUCTANCE IN LAYERED Zr/ZrO2/Au MEMRISTIVE STRUCTURESКвантование электрической проводимости в слоистых мемристорных структурах Zr/ZrO2/AuVokhmintsevA. S.ВохминцевА. С.i.a.weinstein@urfu.ruPetrenyovI. A.ПетренёвИ. А.i.a.weinstein@urfu.ruKamalovR. V.КамаловР. В.i.a.weinstein@urfu.ruKarabanalovM. S.КарабаналовМ. С.i.a.weinstein@urfu.ruWeinsteinI. A.ВайнштейнИ. А.i.a.weinstein@urfu.ruRempelA. A.РемпельА. А.i.a.weinstein@urfu.ruNANOTECH Centre, Ural Federal UniversityНОЦ НАНОТЕХ, УрФУInstitute of Metallurgy, Ural Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут металлургии Уральского отделения Российской академии наук01112023513111912402022025Copyright ©; 2023, А.С. Вохминцев, И.А. Петренёв, Р.В. Камалов, М.С. Карабаналов, И.А. Вайнштейн, А.А. РемпельCopyright ©; 2023, А.С. Вохминцев, И.А. Петренёв, Р.В. Камалов, М.С. Карабаналов, И.А. Вайнштейн, А.А. Ремпель2023А.С. Вохминцев, И.А. Петренёв, Р.В. Камалов, М.С. Карабаналов, И.А. Вайнштейн, А.А. РемпельА.С. Вохминцев, И.А. Петренёв, Р.В. Камалов, М.С. Карабаналов, И.А. Вайнштейн, А.А. Ремпельhttps://journals.eco-vector.com/2686-9535/article/view/651940

Anodic zirconia nanotubes are a promising functional medium for the formation of non-volatile resistive memory cells. The current-voltage characteristics in the region of low conductivity of the fabricated Zr/ZrO2/Au memristor structures have been studied in this work. For the first time, the reversible mechanisms of formation/destruction of single quantum conductors based on oxygen vacancies, which participate in processes of multiple resistive switching between low- and high-resistance states in a nanotubular dioxide layer, have been analyzed. An equivalent electrical circuit of a parallel resistor connection have been proposed and discussed to describe the observed memristive behavior of the studied layered structures.

Нанотрубки диоксида циркония, синтезируемые методом анодирования, являются перспективной функциональной средой для формирования ячеек энергонезависимой резистивной памяти. В работе исследованы вольт-амперные характеристики в области низкой проводимости созданных мемристорных структур Zr/ZrO2 /Au. Впервые проанализированы обратимые механизмы формирования/разрушения единичных квантовых проводников на основе кислородных вакансий, с участием которых протекают процессы многократного резистивного переключения между низкоомным и высокоомным состояниями в нанотубулярном диоксидном слое. Предложена и обсуждается эквивалентная электрическая схема параллельного резисторного соединения, которая позволяет описывать наблюдаемое мемристивное поведение полученных слоистых структур.

nanotubular metal dioxideszirconia nanotubesmemristorsmemristive behaviorconductance quantizationнанотубулярные диоксиды металловнанотрубки диоксида циркониямемристорымемристивное поведениеквантование проводимостиYoo H., Kim M., Kim Y.-T., Lee K., Choi J. // Catalysts. 2018. V. 8. 555. https://doi.org/10.3390/catal8110555Park J., Cimpean A., Tesler A.B., Mazare A. // Nanomaterials. 2021. V. 11. 2359. https://doi.org/10.3390/nano11092359Bashirom N., Kian T.W., Kawamura G., Matsuda A., Razak K.A., Lockman Z. // Nanotechnology. 2018. V. 29. 375701. https://doi.org/10.1088/1361-6528/aaccbdHuai X., Girardi L., Lu R., Gao S., Zhao Y., Ling Y., Rizzi G.A., Granozzi G., Zhang Z. // Nano Energy. 2019. V. 65. 104020. https://doi.org/10.1016/ j.nanoen.2019.104020Ремпель А.А., Валеева А.А., Вохминцев А.С., Вайнштейн И.А. // Усп. хим. 2021. Т. 90. № 11. С. 1397–1414. https://doi.org/10.1070/RCR4991Hazra A., Jan A., Tripathi A., Kundu S., Boppidi P.K.R., Gangopadhyay S. // IEEE Trans. Electron Devices. 2020. V. 67. P. 2197–2204. https://doi.org/10.1109/TED.2020.2983755Vokhmintsev A., Petrenyov I., Kamalov R., Weinstein I. // Nanotechnology. 2022. V. 33. 075208. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac2e22Yakushev A.A., Abel A.S., Averin A.D., Beletskaya I.P., Cheprakov A.V., Ziankou I.S., Bonneviot L., Bessmertnykh-Lemeune A. // Coord. Chem. Rev. 2022. V. 458. 214331. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2021.214331Beletskaya I.P., Ananikov V.P. // Chem. Rev. 2011. V. 111. P. 1596–1636. https://doi.org/10.1021/cr100347kYoo J., Lee K., Tighineanu A., Schmuki P. // Electrochem. Comm. 2013. V. 34. P. 177–180. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2013.05.038Вохминцев А.С., Вайнштейн И.А., Камалов Р.В., Дорошева И.Б. // Изв. РАН. Сер. Физ. 2014. Т. 78. № 9. С. 1176–1179. https://doi.org/10.7868/S0367676514090312Du G., Li H., Mao Q., Ji Z. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2016. V. 49. 445105. https://doi.org/10.1088/0022-3727/49/44/445105Gao S., Zeng F., Chen C., Tang G., Lin Y., Zheng Z., Song C., Pan F. // Nanotechnol. 2013. V. 24. 335201. https://doi.org/10.1088/0957-4484/24/33/335201Milano G., Aono M., Boarino L., Celano U., Hasegawa T., Kozicki M., Majumdar S., Menghini M., Miranda E., Ricciardi C., Tappertzhofen S., Terabe K., Valov I. // Adv. Mater. 2022. V. 34 № 32. 2201248. https://doi.org/10.1002/adma.202201248Xue W., Gao S., Shang J., Yi X., Liu G., Li R.-W. // Adv. Electron. Mater. 2019. V. 5 № 9. 1800854. https://doi.org/10.1002/aelm.201800854Kuzmenko A.B., van Heumen E., Carbone F., van der Marel D. // Phys. Rev. Lett. 2008. V. 100. 117401. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.117401Вохминцев А.С., Камалов Р.В., Петренев И.А., Вайнштейн И.А. Способ получения нанотрубок диоксида циркония с квантовыми проводниками. Патент РФ 2758998. 2021.Carlos E., Branquinho R., Martins R., Kiazadeh A., Fortunato E. // Adv. Mater. 2021. V. 33. 2004328. https://doi.org/10.1002/adma.202004328Waser R., Dittmann R., Staikov G., Szot K. // Adv. Mater. 2009. V. 21. P. 2632–2663. https://doi.org/10.1002/adma.200900375Petrenyov I.A., Kamalov R.V., Vokhmintsev A.S., Martemyanov N.A., Weinstein I.A. // J. Phys. Conf. Ser. 2018. V. 1124. 022004. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1124/2/022004Gryaznov A.O., Dorosheva I.B., Vokhmintsev A.S., Kamalov R.V., Weinstein I.A. Automatized complex for measuring the electrical properties of MIM structures // 2016 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON), Moscow, Russia, 12–14 May, 2016. 7491772. https://doi.org/10.1109/SIBCON.2016.7491772Chen C.-C., Say W.C., Hsieh S.-J., Diau E.W.-G. // Appl. Phys. A. 2009. V. 95. P. 889–898. https://doi.org/10.1007/s00339-009-5093-6Zhao S., Xue J., Wang Y., Yan S. // J. Appl. Phys. 2012. V. 111. 043514. https://doi.org/10.1063/1.3682766Lyons J.L., Janotti A., Van de Walle C.G. // Microelectron. Eng. 2011. V. 88. P. 1452–1456. https://doi.org/10.1016/j.mee.2011.03.099Vokhmintsev A.S., Petrenyov I.A., Kamalov R.V., Karabanalov M.S., Weinstein I.A. // J. Lumin. 2022. V. 252. 119412. https://doi.org/10.1016/ j.jlumin.2022.119412