The possibility to develop neuromorphic computing devices able to mimic the extraordinary data processing capabilities of biological systems spurs the research on memristive systems. Memristors with additional functionalities such as robust memcapacitance can outperform standard devices in key aspects such as power consumption or miniaturization possibilities. In this work, we demonstrate a large memcapacitive response of a perovskite memristive interface, using the topotactic redox ability of La0.5Sr0.5Mn0.5Co0.5O3-δ (LSMCO, 0 ≤ δ ≤ 0.62). We demonstrate that the multi-mem behavior originates at the switchable n-p diode formed at the Nb:SrTiO3/LSMCO interface. We found for our Nb:SrTiO3/LSMCO/Pt devices a memcapacitive effect CHIGH/CLOW ∼ 100 at 150 kHz. The proof-of-concept interface reported here opens a promising venue to use topotactic redox materials for disruptive nanoelectronics, with straightforward applications in neuromorphic computing technology.
References
1.
S.
Yu
, Neuro-Inspiring Computing Using Resistive Synaptic Devices
(Springer International Publishing
, 2017
).2.
D.
Ielmini
and R.
Waser
, Resistive Switching from Fundamentals of Nanoionic Redox Processes to Memristive Device Applications
(Wiley-VCH
, 2016
).3.
Z.
Wang
, S.
Joshi
, S. E.
Savel'ev
, H.
Jiang
, R.
Midya
, P.
Lin
, M.
Hu
, N.
Ge
, J. P.
Strachan
, Z.
Li
, Q.
Wu
, M.
Barnell
, G. L.
Li
, H. L.
Xin
, R. S.
Williams
, Q.
Xia
, and J. J.
Yang
, Nat. Mater.
16
, 101
(2017
).4.
A.
Sawa
, Mater. Today
11
, 28
(2008
).5.
R.
Waser
, R.
Dittmann
, G.
Staikov
, and K.
Szot
, Adv. Mater.
21
, 2632
(2009
).6.
J.
Borghetti
, G. S.
Snider
, P. J.
Kuekes
, J. J.
Yang
, D. R.
Stewart
, and R. S.
Williams
, Nature
464
, 873
(2010
).7.
S. Q.
Liu
, N. J.
Wu
, and A.
Ignatiev
, Appl. Phys. Lett.
76
, 2749
(2000
).8.
M. J.
Rozenberg
, I. H.
Inoue
, and M. J.
Sánchez
, Phys. Rev. Lett.
92
, 178302
(2004
).9.
M. J.
Rozenberg
, M. J.
Sánchez
, R.
Weht
, C.
Acha
, F.
Gomez-Marlasca
, and P.
Levy
, Phys. Rev. B
81
, 115101
(2010
).10.
D.
Rubi
, F.
Tesler
, I.
Alposta
, A.
Kalstein
, N.
Ghenzi
, F.
Gomez-Marlasca
, M.
Rozenberg
, and P.
Levy
, Appl. Phys. Lett.
103
, 163506
(2013
).11.
A.
Herpers
, C.
Lenser
, C.
Park
, F.
Offi
, F.
Borgatti
, G.
Panaccione
, S.
Menzel
, R.
Waser
, and R.
Dittmann
, Adv. Mater.
26
, 2730
(2014
).12.
S.
Asanuma
, H.
Akoh
, H.
Yamada
, and A.
Sawa
, Phys. Rev. B
80
, 235113
(2009
).13.
W.
Román Acevedo
, C.
Ferreyra
, M. J.
Sánchez
, C.
Acha
, R.
Gay
, and D.
Rubi
, J. Phys. D: Appl. Phys.
51
, 125304
(2018
).14.
J. C.
Gonzalez-Rosillo
, R.
Ortega Hernandez
, B.
Arndt
, M.
Coll
, R.
Dittmann
, X.
Obradors
, A.
Palau
, J.
Suñe
, and T.
Puig
, Adv. Electron. Mater.
5
, 1800629
(2019
).15.
D.
Cooper
, C.
Baeumer
, N.
Bernier
, A.
Marchewka
, C.
La Torre
, R. E.
Dunin-Borkowski
, S.
Menzel
, R.
Waser
, and R.
Dittmann
, Adv. Mater.
29
, 1700212
(2017
).16.
A.
Nemudry
, E.
Goldberg
, M.
Aguirre
, and M.
Alario-Franco
, Solid State Sci.
4
, 677
–690
(2002
).17.
A.
Aguadero
, H.
Falcon
, J. M.
Campos-Martin
, S. M.
Al-Zahrani
, J. L. G.
Fierro
, and J. A.
Alonso
, Angew. Chem. Int. Ed.
50
, 6557
(2011
).18.
S. K.
Acharya
, N. V.
Raveendra
, O.
Togibasa
, B. W.
Lee
, C.
Liu
, C. U.
Jung
, B. H.
Park
, J.-Y.
Park
, Y.
Cho
, D.-W.
Kim
, J.
Jo
, D.-H.
Kwon
, M.
Kim
, C. S.
Hwang
, and S. C.
Chae
, ACS Appl. Mater. Interfaces
8
, 7902
(2016
).19.
S. K.
Acharya
, J.
Janghyun
, N.
Venkata Raveendra
, U.
Dash
, M.
Kim
, H.
Baik
, S.
Lee
, B. H.
Park
, J. S.
Lee
, S. C.
Chae
, C. S.
Hwang
, and C. U.
Junga
, Nanoscale
9
, 10502
(2017
).20.
I.
Salaoru
, A.
Khiat
, Q.
Li
, R.
Berdan
, and T.
Prodromakis
, Appl. Phys. Lett.
103
, 233513
(2013
).21.
S. X.
Wu
, H. Y.
Peng
, and T.
Wu
, Appl. Phys. Lett.
98
, 093503
(2011
).22.
A. A.
Bessonov
, M. N.
Kirikova
, D. I.
Petukhov
, M.
Allen
, T.
Ryhänen
, and M. J.
Bailey
, Nat. Mater.
14
, 199
(2015
).23.
I.
Salaoru
, Q.
Li
, A.
Khiat
, and T.
Prodromakis
, Nanoscale Res. Lett.
9
, 552
(2014
).24.
P.
Yang
, H.
Jun Kim
, H.
Zheng
, G.
Won Beom
, J. S.
Park
, C.
Jung Kang
, and T. S.
Yoon
, Nanotechnolgy
28
, 225201
(2017
).25.
D.
Park
, P.
Yang
, H. J.
Kim
, K.
Beom
, H. H.
Lee
, C. J.
Kang
, and T. S.
Yoon
, Appl. Phys. Lett.
113
, 162102
(2018
).26.
R.
Liu
, R.
Dong
, X.
Yan
, S.
Yuan
, D.
Zhang
, B.
Yang
, and X.
Xiao
, Appl. Phys. Express
11
, 114103
(2018
).27.
28.
L.
Nielen
, A.
Siemon
, S.
Tappertzhofen
, R.
Waser
, S.
Menzel
, and E.
Linn
, IEEE J. Emerg. Sel. Top. Circuits Syst.
5
, 153
(2015
).29.
A.
Herpers
, “Electrical characterization of manganite and titanate structures
,” Ph.D. thesis (Forschungszentrum Jülich
, 2014
).30.
M.
Ershov
, H. C.
Liu
, L.
Li
, M.
Buchanan
, Z. R.
Wasilewski
, and A. K.
Jonscher
, IEEE Trans. Electron Devices
45
, 2196
(1998
).31.
N.
Novkoski
and E.
Atannasova
, Adv. Mater. Sci. Eng.
2017
, 9746934
.32.
A. E.
Sapega
, Phys. Status Solidi A
42
, 585
(1977
).33.
J.
Joshua Yang
, F.
Miao
, M. D.
Pickett
, D. A. A.
Ohlberg
, D. R.
Stewart
, C. N.
Lau
, and R.
Stanley Williams
, Nanotechnology
20
, 215201
(2009
).34.
U.
Russo
, D.
Ielmini
, C.
Cagli
, and A. L.
Lacaita
, IEEE Trans. Electron Devices
56
, 193
(2009
).35.
L.
Yao
, S.
Inkinen
, and S.
van Dijken
, Nat. Commun.
8
, 14544
(2017
).36.
C.
Acha
, J. Appl. Phys.
121
, 134502
(2017
).37.
C.
Acha
, A.
Schulman
, M.
Boudard
, K.
Daoudi
, and T.
Tsuchiya
, Appl. Phys. Lett.
109
, 011603
(2016
).38.
W. R.
Acevedo
, C.
Acha
, M. J.
Sánchez
, P.
Levy
, and D.
Rubi
, Appl. Phys. Lett.
110
, 053501
(2017
).39.
N.
Ghenzi
, M.
Barella
, D.
Rubi
, and C.
Acha
, J. Phys. D: Appl. Phys.
52
, 125401
(2019
).40.
C.
Acha
, J. Phys. D: Appl. Phys.
44
, 345301
(2011
).41.
B.
Ghosh
, K.
Das
, and A. K.
Raychaudhuri
, J. Appl. Phys.
109
, 083934
(2011
).42.
F.
Gomez-Marlasca
, N.
Ghenzi
, A. G.
Leyva
, C.
Albornoz
, D.
Rubi
, P.
Stoliar
, and P.
Levy
, J. Appl. Phys.
113
, 144510
(2013
).43.
44.
P.
Lunkenheimer
, S.
Krohns
, S.
Riegg
, S. G.
Ebbinghaus
, A.
Reller
, and A.
Loidl
, Eur. Phys. J. Spec. Top.
180
, 61
(2009
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.
