The core-shell nanostructure of epitaxial Fe3O4 nanocrystals over Ge nuclei showed a large Off/On resistance ratio (∼100), which was the largest value in Fe3O4 materials. The nanocrystals with an average diameter of ∼20 nm were grown epitaxially on Si substrates, whose areal density was high (∼1011 cm−2), and each nanocrystal was isolated from each other. The electrical measurement of the individual isolated nanocrystals by conductive-atomic force microscopy showed the bipolar-type resistive switching in local voltage-current curves, depending on the Fe-O composition. It was also revealed that activation sites for resistive switching were the Fe3O4/Ge interfaces, where electric-field-induced compositional variation caused large resistive changes. This demonstrated the possibility of developing resistance random access memory devices based on ubiquitous materials.

2.
J.
Sullaphen
,
K.
Bogle
,
X.
Cheng
,
J. M.
Gregg
, and
N.
Valanoor
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
203115
(
2012
).
3.
D. H.
Kwon
,
K. M.
Kim
,
J. H.
Jang
,
J. M.
Jeon
,
M. H.
Lee
,
G. H.
Kim
,
X. S.
Li
,
G. S.
Park
,
B.
Lee
,
S.
Han
,
M.
Kim
, and
C. S.
Hwang
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
148
(
2010
).
4.
S. J.
Song
,
J. Y.
Seok
,
J. H.
Yoon
,
K. M.
Kim
,
G. H.
Kim
,
M. H.
Lee
, and
C. S.
Hwang
,
Sci. Rep.
3
,
3443
(
2013
).
5.
M. K.
Yang
,
G. H.
Kim
,
H.
Ju
,
J. K.
Lee
, and
H. C.
Ryu
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
053504
(
2015
).
6.
R.
Zierold
,
C. L.
Lam
,
J.
Dendooven
,
J.
Gooth
,
T.
Bohnert
,
P.
Sergelius
,
F.
Munnik
,
J. M. M.
Moreno
,
D.
Gorlitz
,
C.
Detavernier
, and
K.
Nielsch
,
J. Phys. D
47
,
485001
(
2014
).
7.
A.
Odagawa
,
Y.
Katoh
,
Y.
Kanzawa
,
Z.
Wei
,
T.
Mikawa
,
S.
Muraoka
, and
T.
Takagi
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
133503
(
2007
).
8.
Y.
Nakamura
,
A.
Murayama
, and
M.
Ichikawa
,
Cryst. Growth Des.
11
,
3301
(
2011
).
9.
D. T.
Margulies
,
F. T.
Parker
,
F. E.
Spada
,
R. S.
Goldman
,
J.
Li
,
R.
Sinclair
, and
A. E.
Berkowitz
,
Phys. Rev. B
53
,
9175
(
1996
).
10.
J.
Tang
,
K. Y.
Wang
, and
W.
Zhou
,
J. Appl. Phys.
89
,
7690
(
2001
).
11.
H.
Xiang
,
F.
Shi
,
M. S.
Rzchowski
,
P. M.
Voyles
, and
Y. A.
Chang
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
092508
(
2010
).
12.
M.
Ishikawa
,
H.
Tanaka
, and
T.
Kawai
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
222504
(
2005
).
13.
T.
Tsuchiya
,
K.
Terabe
,
M.
Ochi
,
T.
Higuchi
,
M.
Osada
,
Y.
Yamashita
,
S.
Ueda
, and
M.
Aono
,
ACS Nano
10
,
1655
(
2016
).
14.
W. T.
Tu
,
C. H.
Wang
,
Y. Y.
Huang
, and
W. C.
Lin
,
J. Appl. Phys.
109
,
023908
(
2011
).
15.
G.
Garreau
,
S.
Hajjar
,
J. L.
Bubendorff
,
C.
Pirri
,
D.
Berling
,
A.
Mehdaoui
,
R.
Stephan
,
P.
Wetzel
,
S.
Zabrocki
,
G.
Gewinner
,
S.
Boukari
, and
E.
Beaurepaire
,
Phys. Rev. B
71
,
094430
(
2005
).
16.
J. M.
Gallego
,
J. M.
Garcia
,
J.
Alvarez
, and
R.
Miranda
,
Phys. Rev. B
46
,
13339
(
1992
).
17.
R.
Kläsges
,
C.
Carbone
,
W.
Eberhardt
,
C.
Pampuch
,
O.
Rader
,
T.
Kachel
, and
W.
Gudat
,
Phys. Rev. B
56
,
10801
(
1997
).
18.
S. S. A.
Hassan
,
Y.
Xu
,
J.
Wu
, and
S. M.
Thompson
,
IEEE Trans. Magn.
45
,
4357
(
2009
).
19.
A. A.
Shklyaev
,
M.
Shibata
, and
M.
Ichikawa
,
Phys. Rev. B
62
,
1540
(
2000
).
20.
Y.
Nakamura
,
R.
Sugimoto
,
T.
Ishibe
,
H.
Matsui
,
J.
Kikkawa
, and
A.
Sakai
,
J. Appl. Phys.
115
,
044301
(
2014
).
21.
H.
Hamanaka
,
Y.
Nakamura
,
T.
Ishibe
,
J.
Kikkawa
, and
A.
Sakai
,
J. Appl. Phys.
114
,
114309
(
2013
).
22.
T.
Ishibe
,
K.
Watanabe
, and
Y.
Nakamura
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
55
,
08NB12
(
2016
).
23.
T.
Ishibe
,
H.
Matsui
,
K.
atanabe
,
S.
Takeuchi
,
A.
Sakai
, and
Y.
Nakamura
,
Appl. Phys. Express
9
,
055508
(
2016
).
24.
S.
Yamasaka
,
Y.
Nakamura
,
T.
Ueda
,
S.
Takauchi
,
Y.
Yamamoto
,
S.
Arai
,
T.
Tanji
,
N.
Tanaka
, and
A.
Sakai
,
J. Electron. Mater.
44
,
2015
(
2015
).
25.
S.
Yamasaka
,
Y.
Nakamura
,
T.
Ueda
,
S.
Takeuchi
, and
A.
Sakai
,
Sci. Rep.
5
,
14490
(
2015
).
26.
Y.
Nakamura
,
K.
Watanabe
,
Y.
Fukuzawa
, and
M.
Ichikawa
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
133119
(
2005
).
27.
Y.
Nakamura
,
A.
Murayama
,
R.
Watanabe
,
T.
Iyoda
, and
M.
Ichikawa
,
Nanotechnology
21
,
095305
(
2010
).
28.
A. A.
Shklyaev
and
M.
Ichikawa
,
Phys. Usp.
51
,
133
(
2008
).
29.
Y. F.
Zhang
,
Y. H.
tang
,
N.
Wang
,
C. S.
Lee
,
I.
Bello
, and
S. T.
Lee
,
Phys. Rev. B
61
,
7
(
2000
).
30.
C.
Ruby
,
B.
Humbert
, and
J.
Fusy
,
Surf. Interface Anal.
29
,
377
(
2000
).
31.
W.
Werner
and
W.
Ranke
,
Prog. Surf. Sci.
70
,
1
(
2002
).
32.
C. R.
Brundle
,
T. J.
Chuang
, and
K.
Wandelt
,
Surf. Sci.
68
,
459
(
1977
).
33.
R.
Valenzuela
,
M. C.
Fuentes
,
C.
Parra
,
J.
Baeza
,
N.
Duran
,
S. K.
Sharma
,
M.
Knobel
, and
J.
Freer
,
J. Alloys Compd.
488
,
227
(
2009
).
34.
M.
Wilke
,
F.
Farges
,
P. E.
Petit
,
G. E.
Brown
, and
F.
Martin
,
Am. Mineral.
86
,
714
730
(
2001
).
35.
J. J.
Yang
,
M. D.
Pickett
,
X.
Li
,
D. A. A.
Ohlberg
,
D. R.
Stewart
, and
R. S.
Williams
,
Nat. Nanotechnol.
3
,
429
(
2008
).
36.
S. D.
Ha
and
S.
Ramanathan
,
J. Appl. Phys.
110
,
071101
(
2011
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.