非易失性電阻開關，也被稱為憶阻器效應，即電場切換兩端器件的電阻狀態，已經成為高密度信息存儲、計算和可重構系統發展中的一個重要概念。在過去的十年里，非易失性電阻開關材料(如金屬氧化物和固體電解質)已經取得了長足的進步。長期以來，人們一直認為漏電流會阻止觀察到納米薄絕緣層的這種現象。
然而，最近在過渡金屬二鹵化物和六方氮化硼夾心結構(也稱為原子電阻器)的二維單分子膜中發現的非易失性電阻開關的發現駁斥了這一觀點，并由于尺寸縮放的好處而增加了新的材料尺寸。
有鑒于此，美國得克薩斯大學奧斯汀分校Deji Akinwande?報道了以單層MoS2為模型系統，闡明了單層MoS2中空位缺陷處的電阻轉換與金屬吸附之間的一一對應關系。
研究人員通過使用先前描述的金輔助機械剝落技術剝離到新沉積的金表面上而制備出MoS2單層，同時該技術可產生大面積單層。金底層既用作STM研究的導電基底，又用作原位運輸研究的底部電極。大規模STM圖像顯示了連續的MoS2單層，這些單層無縫覆蓋了底層金表面的階地和臺階邊緣。此外，MoS2薄片的拉曼光譜和光致發光（PL）光譜與單層MoS2的特征一致。
由于其固有的層狀結構，MoS2提供了與金屬頂部和底部電極的尖銳、干凈的界面，即使在存在空位缺陷的情況下也可以防止過多的隧穿電流。然而，在合適的電場作用下，電極上的吸附原子可以吸附在這些空位上，導致MoS2 MIM器件的電阻發生可逆的變化。這種電阻轉換效應有望存在于類似的2D材料中。
研究發現提供了對非易失性開關的原子性理解，并為精密缺陷工程（直至單個缺陷）打開了一個新的方向，以實現用于超高密度存儲器，神經形態計算和射頻通信系統的最小憶阻器單元。
參考文獻：
Hus, S.M., Ge, R., Chen, P. et al. Observation of single-defect memristor in an MoS2 atomic sheet. Nat. Nanotechnol. (2020)
DOI：10.1038/s41565-020-00789-w
https://doi.org/10.1038/s41565-020-00789-w
第一作者：Guilherme Migliato Marega1. 基于MoS2開發了一種基于浮柵場效應晶體管（FGFETs）的存儲器中邏輯器件和電路。2. 從材料的角度為類腦芯片的存算一體化提供了突破。在過去50年，傳統數字計算機的性能在不斷提高。集成電路的技術進步一方面使得硬件變得越來越強大，另一方面也給尋求優化算法性能的系統架構師帶來了挑戰。下一代高性能、低功耗的計算機系統需要像大腦學習。傳統計算機依循馮·諾依曼架構設計，存儲與計算功能分離。每進行一次運算，計算機都要在內存和CPU兩個區域之間來回調用，大數據處理效率有待提高。除此之外，因為在存儲與計算空間之間來回調用，芯片的能耗大部分轉化為熱量，既不利于設備的性能穩定，又不環保。類腦芯片就不一樣了，人腦中存儲與計算功能是合二為一的。科學家們長期以來一直對大腦的計算能力著迷，大腦不僅具有難以置信的能效，而且由于其神經元和突觸的架構，還擁有獨特的信息處理性能。類腦芯片可以模擬人腦的復雜處理能力，啟發了神經形態計算領域，一個使用大腦神經網絡結構作為下一代計算機基礎的研究領域。為了開發類腦芯片，大量的研究都集中于探索新的器件架構上。然而，適合于這種器件設計的材料開發仍然是一個巨大挑戰。有鑒與此，瑞士洛桑聯邦理工學院Andras Kis等人將大面積MoS2作為有源溝道材料，開發了一種基于浮柵場效應晶體管（FGFETs）的存儲器中邏輯器件和電路。以半導體MoS2為代表的原子層超薄二維材料具有獨特的電學和力學性能 研究人員使用一種大晶粒、大面積金屬-有機化學氣相沉積（MOCVD）工藝來生長MoS2。基于此構建的FGFETs的電導可以精確且連續地調整，因此能夠將它們用作可重新配置邏輯電路的構建單元。在可重新配置邏輯電路中，可以使用存儲元件直接執行邏輯操作。研究人員以可編程NOR門為演示對象，證明了該設計可以簡單地擴展以實現更復雜的可編程邏輯和功能完整的操作集。總之，這項研究展示了原子層超薄半導體二維材料在下一代低功耗電子產品方面的巨大應用前景，為類腦芯片的開發提供了重要的材料基礎。Migliato Marega, G., Zhao, Y., Avsar, A. et al. Logic-in-memory based on an atomically thin semiconductor. Nature 587, 72–77 (2020)DOI：10.1038/s41586-020-2861-0https://doi.org/10.1038/s41586-020-2861-0
