Charge configuration memory (CCM) device operation is based on the controllable reconfiguration of electronic domains in a charge-density-wave material. Since the dominant effect involves the manipulation of electrons rather than atoms, the devices can display sub-picosecond switching speed and ultralow, few femtojoule switching energy. The mechanisms involved in switching between domain states of different electrical resistances are highly non-trivial and involve trapping non-equilibrium charges within topologically protected domain states. Here, we discuss the underlying physics that are deemed essential for the operation of CCM devices, focusing on the unusual asymmetry between non-thermal “write” processes and thermal “erase” processes from the point of view of the mechanism in relation to the thermal dynamics.

2.
M. A.
Zidan
,
J. P.
Strachan
, and
W. D.
Lu
,
Nat. Electron.
1
,
22
29
(
2018
).
3.
M. J.
Lee
,
C. B.
Lee
,
D.
Lee
,
S. R.
Lee
,
M.
Chang
,
J. H.
Hur
,
Y. B.
Kim
,
C. J.
Kim
,
D. H.
Seo
,
S.
Seo
,
U. I.
Chung
,
I. K.
Yoo
, and
K.
Kim
,
Nat. Mater.
10
,
625
630
(
2011
).
4.
Y.
Lu
,
A.
Alvarez
,
C.-H.
Kao
,
J.-S.
Bow
,
S.-Y.
Chen
, and
I.-W.
Chen
,
Nat. Electron.
2
,
66
74
(
2019
).
5.
S.
Pi
,
C.
Li
,
H.
Jiang
,
W.
Xia
,
H.
Xin
,
J. J.
Yang
, and
Q.
Xia
,
Nat. Nanotechnol.
14
,
35
39
(
2019
).
6.
H. S. P.
Wong
and
S.
Salahuddin
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
191
194
(
2015
).
7.
G.
Gruner
,
Rev. Mod. Phys.
60
,
1129
(
1988
).
8.
J. H.
Miller
,
A. I.
Wijesinghe
,
Z.
Tang
, and
A. M.
Guloy
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
036404
(
2012
).
9.
Y.
Ma
,
Y.
Hou
,
C.
Lu
,
L.
Li
, and
C.
Petrovic
,
Phys. Rev. B
97
,
195117
(
2018
).
10.
S.
Rouziere
,
S.
Ravy
,
J. P.
Pouget
, and
S.
Brazovskii
,
Phys. Rev. B
62
,
R16231(R)
(
2000
).
11.
S.
Brazovskii
,
N.
Kirova
,
H.
Requardt
,
F. Y.
Nad
,
P.
Monceau
,
R.
Currat
,
J. E.
Lorenzo
,
G.
Grübel
, and
C.
Vettier
,
Phys. Rev. B
61
,
10640
(
2000
).
12.
L.
Stojchevska
,
I.
Vaskivskyi
,
T.
Mertelj
,
P.
Kusar
,
D.
Svetin
,
S.
Brazovskii
, and
D.
Mihailovic
,
Science
344
,
177
180
(
2014
).
13.
I.
Vaskivskyi
,
I. A.
Mihailovic
,
S.
Brazovskii
,
J.
Gospodaric
,
T.
Mertelj
,
D.
Svetin
,
P.
Sutar
, and
D.
Mihailovic
,
Nat. Commun.
7
,
11442
(
2016
).
14.
M.
Yoshida
,
Y.
Zhang
,
J.
Ye
,
R.
Suzuki
,
Y.
Imai
,
S.
Kimura
,
A.
Fujiwara
, and
Y.
Iwasa
,
Sci. Rep.
4
,
7302
(
2015
).
15.
Y.
Yu
,
F.
Yang
,
X. F.
Lu
,
Y. J.
Yan
,
Y.-H.
Cho
,
L.
Ma
,
X.
Niu
,
S.
Kim
,
Y.-W.
Son
,
D.
Feng
,
S.
Li
,
S.-W.
Cheong
,
X. H.
Chen
, and
Y.
Zhang
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
270
276
(
2015
).
16.
A. K.
Geremew
,
S.
Rumyantsev
,
F.
Kargar
,
B.
Debnath
,
A.
Nosek
,
M. A.
Bloodgood
,
M.
Bockrath
,
T. T.
Salguero
,
R. K.
Lake
, and
A. A.
Balandin
,
ACS Nano
13
,
7231
7240
(
2019
).
17.
M.
Yoshida
,
T.
Sato
,
F.
Kagawa
, and
Y.
Iwasa
,
Phys. Rev. B
100
,
155125
(
2019
).
18.
Y.
Ma
,
D.
Wu
,
C.
Lu
, and
C.
Petrovic
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
171906
(
2020
).
19.
R.
Yusupov
,
T.
Mertelj
,
V. V.
Kabanov
,
S.
Brazovskii
,
P.
Kusar
,
J.-H.
Chu
,
I. R.
Fisher
, and
D.
Mihailović
,
Nat. Phys.
6
,
681
684
(
2010
).
20.
Y. A.
Gerasimenko
,
P.
Karpov
,
I.
Vaskivskyi
,
S.
Brazovskii
, and
D.
Mihailovic
,
npj Quantum Mater.
4
,
32
(
2019
).
21.
T.
Ritschel
,
J.
Trinckauf
,
K.
Koepernik
,
B.
Buchner
,
M. V.
Zimmermann
,
H.
Berger
,
Y. I.
Joe
,
P.
Abbamonte
, and
J.
Geck
,
Nat. Phys.
11
,
328
331
(
2015
).
22.
J. A.
Wilson
,
F. J.
Disalvo
, and
S.
Mahajan
,
Adv. Phys.
24
,
117
201
(
1975
).
23.
C.
Giannetti
,
M.
Capone
,
D.
Fausti
,
M.
Fabrizio
,
F.
Parmigiani
, and
D.
Mihailovic
,
Adv. Phys.
65
,
58
(
2016
).
24.
C. J.
Butler
,
M.
Yoshida
,
T.
Hanaguri
, and
Y.
Iwasa
,
Nat. Commun.
11
,
2477
(
2020
).
25.
Q.
Stahl
,
M.
Kusch
,
F.
Heinsch
,
G.
Garbarino
,
N.
Kretzschmar
,
K.
Hanff
,
K.
Rossnagel
,
J.
Geck
, and
T.
Ritschel
,
Nat. Commun.
11
,
1247
(
2020
).
26.
P.
Karpov
and
S.
Brazovskii
,
Sci. Rep.
8
,
4043
(
2018
).
27.
28.
S.
Brazovskii
,
J. Supercond. Novel Magn.
28
,
1349
1353
(
2015
).
29.
I.
Vaskivskyi
,
J.
Gospodaric
,
S.
Brazovskii
,
D.
Svetin
,
P.
Sutar
,
E.
Goreshnik
,
I. A.
Mihailovic
,
T.
Mertelj
, and
D.
Mihailović
,
Sci. Adv.
1
(
6
),
e1500168
(
2015
).
30.
G.
Lantz
,
C.
Laulhé
,
S.
Ravy
,
M.
Kubli
,
M.
Savoini
,
K.
Tasca
,
E.
Abreu
,
V.
Esposito
,
M.
Porer
,
A.
Ciavardini
,
L.
Cario
,
J.
Rittmann
,
P.
Beaud
, and
S. L.
Johnson
,
Phys. Rev. B
96
,
224101
(
2017
).
31.
J.
Vodeb
,
M.
Diego
,
Y.
Vaskivskyi
,
Y.
Gerasimenko
,
V.
Kabanov
, and
D.
Mihailovic
, arXiv:2103.07343 (
2021
).
32.
A.
Mohammadzadeh
,
S.
Baraghani
,
S.
Yin
,
F.
Kargar
,
J. P.
Bird
, and
A. A.
Balandin
,
Appl. Phys. Lett.
118
,
093102
(
2021
).
33.
A.
Mraz
,
R.
Venturini
,
M.
Diego
,
A.
Kranjec
,
D.
Svetin
,
Y.
Gerasimenko
,
V.
Sever
,
I. A.
Mihailovic
,
J.
Ravnik
,
I.
Vaskivskyi
,
M.
D'Antuono
,
D.
Stornaiulo
,
F.
Tafuri
,
D.
Kazazis
,
Y.
Ekinci
, and
D.
Mihailovic
, arXiv:2103.04622 (
2021
).
34.
D.
Loke
,
T. H.
Lee
,
W. J.
Wang
,
L. P.
Shi
,
R.
Zhao
,
Y. C.
Yeo
,
T. C.
Chong
, and
S. R.
Elliott
,
Science
336
,
1566
1569
(
2012
).
35.
J.
Ravnik
,
I.
Vaskivskyi
,
T.
Mertelj
, and
D.
Mihailović
,
Phys. Rev. B
97
,
075304
(
2018
).
36.
A. N.
McCaughan
,
V. B.
Verma
,
S. M.
Buckley
,
J. P.
Allmaras
,
A. G.
Kozorezov
,
A. N.
Tait
,
S. W.
Nam
, and
J. M.
Shainline
,
Nat. Electron.
2
,
451
456
(
2019
).
37.
D. S.
Holmes
,
A. L.
Ripple
, and
M. A.
Manheimer
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
23
,
1701610
(
2013
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.