Quantized conductance coincides with state instability and excess noise in tantalum oxide memristors

Abstract

Os memristores de óxido de tântalo podem mudar continuamente de um estado semicondutor de baixa condutância para um estado metálico de alta condutância. Na fronteira entre esses dois regimes estão estados de condutância quantizados, que indicam a formação de um ponto de contato dentro do óxido caracterizado por flutuações de condutância multiestáveis e ruído eletrônico aumentado. Aqui, observamos diversos espectros de ruído dependentes de condutância, incluindo uma transição de 1/f2 (transporte ativado) para 1/f (ruído de cintilação) em função da frequência f, e um grande pico na amplitude do ruído no quantum de condutância GQ=2e2/h, em contraste com o ruído suprimido no quantum de condutância observado em outros sistemas. Modelamos o comportamento estocástico próximo ao regime de contato pontual usando simulações de Dinâmica Molecular – Langevin e entendemos o comportamento de ruído dependente da frequência observado em termos de flutuações em escala atômica ativadas termicamente que formam e quebram um canal de condutância quântica. Esses resultados fornecem insights sobre mecanismos de comutação e orientação para faixas operacionais de dispositivos para diferentes aplicações.