TiO2−δ thin films were epitaxially grown on (001)-oriented 0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3 (PMN-PT) ferroelectric single-crystal substrates. By applying electric fields E across the PMN-PT, the TiO2−δ film resistance could be reversibly switched into different stable states at room temperature. The on-off ratio, tuned by the strength of the electric field E, remained at ∼1 under the E ≤ 0.6 kV/cm and reached ∼3413 with the E increasing to 6 kV/cm, leading to a promising approach for designing nonvolatile multiple-state memory devices. By taking into account the migration of the oxygen vacancies and the ferroelectric field effect induced charge manipulations, the mechanism of the multiple-state resistive switching behaviors was discussed.
References
1.
C. H.
Ahn
, J. M.
Triscone
, and J.
Mannhart
, “Electric field effect in correlated oxide systems
,” Nature
424
, 1015
(2003
).2.
J.
Hoffman
, X.
Pan
, J. W.
Reiner
, F. J.
Walker
, J. P.
Han
, C. H.
Ahn
, and T. P.
Ma
, Adv. Mater.
22
, 2957
(2010
).3.
S. M.
Wu
, S. A.
Cybart
, P.
Yu
, M. D.
Rossell
, J. X.
Zhang
, R.
Ramesh
, and R. C.
Dynes
, Nat. Mater.
9
, 756
(2010
).4.
H. J.
Molegraaf
, J.
Hoffman
, C. A.
Vaz
, S.
Gariglio
, D.
Van Der Marel
, C. H.
Ahn
, and J. M.
Triscone
, Adv. Mater.
21
, 3470
(2009
).5.
W.
Eerenstein
, N. D.
Mathur
, and J. F.
Scott
, Nature
442
, 759
(2006
).6.
D.
Yi
, J.
Liu
, S.
Okamoto
, S.
Jagannatha
, Y. C.
Chen
, P.
Yu
, Y. H.
Chu
, E.
Arenholz
, and R.
Ramesh
, Phys. Rev. Lett.
111
, 127601
(2013
).7.
C. A.
Vaz
, J. Phys.: Condens. Matter
24
, 333201
(2012
).8.
V.
Garcia
, M.
Bibes
, L.
Bocher
, S.
Valencia
, F.
Kronast
, A.
Crassous
, X.
Moya
, S.
Enouz-Vedrenne
, A.
Gloter
, D.
Imhoff
, C.
Deranlot
, N. D.
Mathur
, S.
Fusil
, K.
Bouzehouane
, and A.
Barthélémy
, Science
327
, 1106
(2010
).9.
M.
Gajek
, M.
Bibes
, S.
Fusil
, K.
Bouzehouane
, J.
Fontcuberta
, A. E.
Barthelemy
, and A.
Fert
, Nat. Mater.
6
, 296
(2007
).10.
D.
Pantel
, S.
Goetze
, D.
Hesse
, and M.
Alexe
, Nat. Mater.
11
, 289
–293
(2012
).11.
C.
Thiele
, K.
Dörr
, O.
Bilani
, J.
Rödel
, and L.
Schultz
, Phys. Rev. B
75
, 054408
(2007
).12.
Y. Y.
Zhao
, J.
Wang
, H.
Kuang
, F. X.
Hu
, H. R.
Zhang
, Y.
Liu
, Y.
Zhang
, S. H.
Wang
, R. R.
Wu
, M.
Zhang
, L. F.
Bao
, J. R.
Sun
, and B. G.
Shen
, Sci. Rep.
4
, 7075
(2014
).13.
Q. X.
Zhu
, M.
Zheng
, M. M.
Yang
, X. M.
Li
, Y.
Wang
, X.
Shi
, H. L. W.
Chan
, H. S.
Luo
, X. G.
Li
, and R. K.
Zheng
, Appl. Phys. Lett.
103
, 132910
(2013
).14.
Z. G.
Sheng
, J.
Gao
, and Y. P.
Sun
, Phys. Rev. B
79
, 174437
(2009
).15.
E. J.
Guo
, J.
Gao
, and H. B.
Lu
, Appl. Phys. Lett.
98
, 081903
(2011
).16.
M.
Liu
, J.
Hoffman
, J.
Wang
, J.
Zhang
, B.
Nelson-Cheeseman
, and A.
Bhattacharya
, Sci. Rep.
3
, 1876
(2013
).17.
Y.
Yang
, Z. L.
Luo
, M. M.
Yang
, H.
Huang
, H.
Wang
, J.
Bao
, G.
Pan
, C.
Gao
, Q.
Hao
, S.
Wang
, M.
Jokubaitis
, W.
Zhang
, G.
Xiao
, Y.
Yao
, Y.
Liu
, and X. G.
Li
, Appl. Phys. Lett.
102
, 033501
(2013
).18.
B.
Zhi
, G.
Gao
, H.
Xu
, F.
Chen
, X.
Tan
, P.
Chen
, L.
Wang
, and W.
Wu
, ACS Appl. Mater. Interfaces
6
, 4603
(2014
).19.
S.
Dong
, X.
Zhang
, R.
Yu
, J. M.
Liu
, and E.
Dagotto
, Phys. Rev. B
84
, 155117
(2011
).20.
J.
Hoffman
, X.
Hong
, and C. H.
Ahn
, Nanotechnology
22
, 254014
(2011
).21.
S.
Mathews
, R.
Ramesh
, T.
Venkatesan
, and J.
Benedetto
, Science
276
, 238
(1997
).22.
Q. X.
Zhu
, M. M.
Yang
, M.
Zheng
, R. K.
Zheng
, L. J.
Guo
, Y.
Wang
, J. X.
Zhang
, X. M.
Li
, H. S.
Luo
, and X. G.
Li
, Adv. Funct. Mater.
25
, 1111
(2015
).23.
S.
Yamamoto
, T.
Sumita
, A.
Miyashita
, and H.
Naramoto
, Thin Solid Films
401
, 88
(2001
).24.
H. S. P.
Wong
, H. Y.
Lee
, S.
Yu
, Y. S.
Chen
, Y.
Wu
, P. S.
Chen
, B.
Lee
, F. T.
Chen
, and M. J.
Tsai
, Proc. IEEE
100
, 1951
(2012
).25.
E. H.
Rhoderick
and R. H.
Williams
, Metal–Semiconductor Contacts
, 2nd ed. (Oxford Science Publications
, Oxford
, 1988
).26.
J. J.
Yang
, M. D.
Pickett
, X.
Li
, D. A.
Ohlberg
, D. R.
Stewart
, and R. S.
Williams
, Nat. Nanotechnol.
3
, 429
(2008
).© 2017 Author(s).
2017
Author(s)
You do not currently have access to this content.