In this work, we have investigated the coexistence of volatile and nonvolatile memristive effects in epitaxial phase-separated La0.5Ca0.5MnO3 thin films. At low temperatures (50 K), we observed volatile resistive changes arising from self-heating effects in the vicinity of a metal-to-insulator transition. At higher temperatures (140 and 200 K), we measured a combination of volatile and nonvolatile effects arising from the synergy between self-heating effects and ferromagnetic-metallic phase growth induced by an external electrical field. The results reported here add phase separated manganites to the list of materials that can electrically mimic, on the same device, the behavior of both neurons and synapses, a feature that might be useful for the development of neuromorphic computing hardware.

1.
A.
Mehonic
and
A.
Kenyon
,
Nature
604
,
255
(
2022
).
2.
S.
Yu
,
Neuro-Inspired Computing Using Resistive Synaptic Devices
(
Springer International Publishing
,
2017
).
3.
A.
Serb
,
A.
Corna
,
R.
George
,
A.
Khiat
,
F.
Rocchi
,
M.
Reato
,
M.
Maschietto
,
C.
Mayr
,
G.
Indiveri
,
S.
Vassanelli
, and
T.
Prodromakis
,
Sci. Rep.
10
,
2590
(
2020
).
4.
S.-O.
Park
,
H.
Jeong
,
J.
Park
,
J.
Bae
, and
S.
Choi
,
Nat. Commun.
13
,
2888
(
2022
).
5.
L.
Bégon-Lours
,
M.
Halter
,
F.
Puglisi
,
L.
Benatti
,
D.
Falcone
,
Y.
Popoff
,
D.
Dávila
,
M.
Sousa
, and
B.
Offrein
,
Adv. Electron. Mater.
8
,
2101395
(
2022
).
6.
T.
Mikolajick
,
M.
Park
,
L.
Begon-Lours
, and
S.
Slesazeck
,
Adv. Mater.
2206042
(
2022
).
7.
S.
Oh
,
H.
Hwang
, and
I.
Yoo
,
APL Mater.
7
,
091109
(
2019
).
8.
S.
Sarwat
,
B.
Kersting
,
T.
Moraitis
,
V.
Jonnalagadda
, and
A.
Sebastian
,
Nat. Nanotechnol.
17
,
507
(
2022
).
9.
L.
Wang
,
S.-R.
Lu
, and
J.
Wen
,
Nanoscale Res. Lett.
12
,
347
(
2017
).
10.
M.
Xu
,
X.
Mai
,
J.
Lin
,
W.
Zhang
,
Y.
Li
,
Y.
He
,
H.
Tong
,
X.
Hou
,
P.
Zhou
, and
X.
Miao
,
Adv. Funct. Mater.
30
,
2003419
(
2020
).
11.
J.
Grollier
,
D.
Querlioz
,
K.
Camsari
,
K.
Everschor-Sitte
,
S.
Fukami
, and
M.
Stiles
,
Nat. Electron.
3
,
360
(
2020
).
12.
C.
Wang
,
C.
Lee
, and
K.
Roy
,
Sci. Rep.
12
,
8361
(
2022
).
13.
K. M.
Song
,
J.-S.
Jeong
,
B.
Pan
,
X.
Zhang
,
J.
Xia
,
S.
Cha
,
T.-E.
Park
,
K.
Kim
,
S.
Finizio
,
J.
Raabe
,
J.
Chang
,
Y.
Zhou
,
W.
Zhao
,
W.
Kang
,
H.
Ju
, and
S.
Woo
,
Nat. Electron
3
,
148
(
2020
).
15.
Resistive Switching from Fundamentals of Nanoionic Redox Processes to Memristive Device Applications
, edited by
D.
Ielmini
and
R.
Waser
(
John Wiley & Sons
,
2015
).
16.
M.
Prezioso
,
F.
Merrikh-Bayat
,
B.
Hoskins
,
G.
Adam
,
K.
Likharev
, and
D.
Strukov
,
Nature
521
,
61
(
2015
).
17.
S.
Kumar
,
X.
Wang
,
J.
Strachan
,
Y.
Yang
, and
W.
Lu
,
Nat. Rev. Mater.
7
,
575
(
2022
).
18.
H.
Jiang
,
F.
Belkin
,
S.
Savel'ev
,
S.
Lin
,
Z.
Wang
,
Y.
Li
,
S.
Joshi
,
R.
Midya
,
C.
Li
,
M.
Rao
,
M.
Barnell
,
Q.
Wu
,
J. J.
Yang
, and
Q.
Xia
,
Nat. Commun.
8
,
882
(
2017
).
19.
W.
Chen
,
H.
Barnaby
, and
M.
Kozicki
,
IEEE Electron Device Lett.
37
,
580
(
2016
).
20.
E.
Janod
,
J.
Tranchant
,
B.
Corraze
,
M.
Querré
,
P.
Stoliar
,
M.
Rozenberg
,
T.
Cren
,
D.
Roditchev
,
V.
Phuoc
,
M.-P.
Besland
, and
L.
Cario
,
Adv. Funct. Mater.
25
,
6287
(
2015
).
21.
J.
Tian
,
Z.
Tan
,
Z.
Fan
,
D.
Zheng
,
Y.
Wang
,
Z.
Chen
,
F.
Sun
,
D.
Chen
,
M.
Qin
,
M.
Zeng
,
X.
Lu
,
X.
Gao
, and
J.-M.
Liu
,
Phys. Rev. Appl.
11
,
024058
(
2019
).
22.
C.
Ferreyra
,
M.
Rengifo
,
M.
Sánchez
,
A.
Everhardt
,
B.
Noheda
, and
D.
Rubi
,
Phys. Rev. Appl.
14
,
044045
(
2020
).
23.
R.
Wang
,
J.-Q.
Yang
,
J.-Y.
Mao
,
Z.-P.
Wang
,
S.
Wu
,
M.
Zhou
,
T.
Chen
,
Y.
Zhou
, and
S.-T.
Han
,
Adv. Intell. Syst.
2
,
2000055
(
2020
).
24.
A.
Moreo
,
S.
Yunoki
, and
E.
Dagotto
,
Science
283
,
2034
(
1999
).
25.
P.
Levy
,
F.
Parisi
,
G.
Polla
,
D.
Vega
,
G.
Leyva
,
H.
Lanza
,
R.
Freitas
, and
L.
Ghivelder
,
Phys. Rev. B
62
,
6437
(
2000
).
26.
D.
Rubi
,
S.
Duhalde
,
M.
Terzzoli
,
G.
Leyva
,
G.
Polla
,
P.
Levy
,
F.
Parisi
, and
R.
Urbano
,
Physica B
320
,
86
(
2002
).
27.
M.
Uehara
and
S.-W.
Cheong
,
Europhys Lett.
52
,
674
(
2000
).
28.
A.
Anane
,
J.-P.
Renard
,
L.
Reversat
,
C.
Dupas
,
P.
Veillet
,
M.
Viret
,
L.
Pinsard
, and
A.
Revcolevschi
,
Phys. Rev. B
59
,
77
(
1999
).
29.
S.
Duhalde
,
M.
Villafuerte
,
G.
Juárez
, and
S.
Heluani
,
Physica B
354
,
11
(
2004
).
30.
G.
Garbarino
,
M.
Monteverde
,
C.
Acha
,
P.
Levy
,
M.
Quintero
,
T.
Koo
, and
S.-W.
Cheong
, in
Proceedings of the Workshop “At the Frontiers of Condensed Matter”: Magnetism, Magnetic Materials, and their Applications
[
Physica B
354
,
16
19
(
2004
)].
31.
Y.
Ma
,
W.
Song
,
J.
Yang
,
R.
Zhang
,
B.
Zhao
,
Z.
Sheng
,
W.
Lu
,
J.
Du
, and
Y.
Sun
,
Solid State Commun.
133
,
163
167
(
2005
).
32.
V.
Markovich
,
G.
Jung
,
Y.
Yuzhelevskii
,
G.
Gorodetsky
,
F. X.
Hu
, and
J.
Gao
,
Phys. Rev. B
75
,
104419
(
2007
).
33.
J. F.
Wang
,
L. P.
Chen
,
Y. C.
Jiang
, and
J.
Gao
,
J. Appl. Phys.
113
,
17E151
(
2013
).
34.
Z.-H.
Wang
,
Q.
Zhang
,
G.
Gregori
,
G.
Cristiani
,
Y.
Yang
,
L. G. X.
Li
,
J.
Sun
,
B.-G.
Shen
, and
H.-U.
Habermeier
,
Phys. Rev. Mater.
2
,
054412
(
2018
).
35.
J.
Jeon
,
J.
Jung
, and
K.
Chow
,
J. Phys. D
54
,
315002
(
2021
).
36.
Y.
Liu
,
Z.
Xu
,
K.
Qiao
,
F.
Shen
,
A.
Xiao
,
J.
Wang
,
T.
Ma
,
F.
Hu
, and
B.
Shen
,
Nanoscale
13
,
8030
(
2021
).
37.
S.
Banik
,
K.
Das
,
K.
Pradhan
, and
I.
Das
,
Europhys Lett.
133
,
17006
(
2021
).
38.
P. G.
Radaelli
,
D. E.
Cox
,
M.
Marezio
, and
S.-W.
Cheong
,
Phys. Rev. B
55
,
3015
(
1997
).
39.
P.
Radaelli
,
D.
Cox
,
M.
Marezio
,
S.-W.
Cheong
,
P.
Schiffer
, and
A.
Ramirez
,
Phys. Rev. Lett.
75
,
4488
(
1995
).
40.
S.
Mori
,
C.
Chen
, and
S.-W.
Cheong
,
Phys. Rev. Lett.
81
,
3972
(
1998
).
41.
M.
Roy
,
J.
Mitchell
,
A.
Ramirez
, and
P.
Schiffer
,
Phys. Rev. B
58
,
5185
(
1998
).
42.
Z.-H.
Wang
,
Y.
Yang
,
L.
Gu
,
H.-U.
Habermeier
,
R.-C.
Yu
,
T.-Y.
Zhao
,
J.-R.
Sun
, and
B.-G.
Shen
,
Nanotechnology
23
,
265202
(
2012
).
43.
C.
Rao
,
J. Phys. Chem. B
104
,
5877
(
2000
).
44.
F.
Gomez-Marlasca
,
N.
Ghenzi
,
A. G.
Leyva
,
C.
Albornoz
,
D.
Rubi
,
P.
Stoliar
, and
P.
Levy
,
J. Appl. Phys.
113
,
144510
(
2013
).
45.
P.
Salev
,
L.
Fratino
,
D.
Sasaki
,
R.
Berkoun
,
J.
del Valle
,
Y.
Kalcheim
,
Y.
Takamura
,
M.
Rozenberg
, and
I.
Schuller
,
Nat. Commun.
12
,
5499
(
2021
).
46.
P.
Levy
,
F.
Parisi
,
L.
Granja
,
E.
Indelicato
, and
G.
Polla
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
137001
(
2002
).
47.
M. J.
Rozenberg
,
M. J.
Sánchez
,
R.
Weht
,
C.
Acha
,
F.
Gomez-Marlasca
, and
P.
Levy
,
Phys. Rev. B
81
,
115101
(
2010
).
48.
W.
Román Acevedo
,
C.
Acha
,
M. J.
Sánchez
,
P.
Levy
, and
D.
Rubi
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
053501
(
2017
).
49.
W.
Román Acevedo
,
C. A. M.
van den Bosch
,
M. H.
Aguirre
,
C.
Acha
,
A.
Cavallaro
,
C.
Ferreyra
,
M. J.
Sánchez
,
L.
Patrone
,
A.
Aguadero
, and
D.
Rubi
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
063502
(
2020
).
50.
R. A.
John
,
Y.
Demirağ
,
Y.
Shynkarenko
,
Y.
Berezovska
,
N.
Ohannessian
,
M.
Payvand
,
P.
Zeng
,
M. I.
Bodnarchuk
,
F.
Krumeich
,
G.
Kara
,
I.
Shorubalko
,
M. V.
Nair
,
G. A.
Cooke
,
T.
Lippert
,
G.
Indiveri
, and
M. V.
Kovalenko
,
Nat. Commun.
13
,
2074
(
2022
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.