电子科学与技术学院陈孟瑜助理教授、李澄教授课题组在新型半导体忆阻器电阻开关机制及其实时原位表征方法研究中取得重要进展，在一区TOP期刊《The Journal of Physical Chemistry Letters》（J. Phys. Chem. Lett. 2025, 16, 4220–4226和J. Phys. Chem. Lett. 2024, 15, 2453–2461）上发表系列研究论文。本研究通过搭建具有自主知识产权的实时原位荧光成像显微镜观察到三维和准二维钙钛矿忆阻器中导电通道的形成/断开过程，为揭示钙钛矿忆阻器的开关机制提供了重要的见解，并为器件的稳定性工作和大规模使用铺平道路。
01研究背景
忆阻器的长期稳定性和器件性能一致性是阻碍其在神经形态计算中大规模应用的关键挑战。由于钙钛矿忆阻器的开关行为依赖于离子迁移的动态调控以及导电通道的形成，因此了解导电通道的微观结构对于实现高性能钙钛矿忆阻器至关重要。然而，经典的高空间分辨率的表征技术（例如透射电子显微镜）对样品具有破坏性，并需要较长时间进行样品制备。为了解决这个问题，本工作利用自主搭建的实时原位荧光显微成像技术，可以在不损坏样品的情况下对钙钛矿忆阻器中离子迁移现象和导电细丝的形成过程进行高空间、高时间分辨率的实时原位表征。
02研究内容
本研究（J. Phys. Chem. Lett. 2025, 16, 4220–4226）选择具有代表性的准二维卤化物钙钛矿作为阻变活性层，通过配体调控、维度调控、溶剂调控等方式，制备出性能优化的准二维钙钛矿忆阻器，开关比>104。
为了实时原位研究准二维钛矿忆阻器中导电丝的形成过程，本团队利用具有自主搭建的具有完全知识产权的荧光成像显微镜来观察样品的变化。如图1，在施加偏压的初始阶段，样品呈现从正极向负极发生荧光淬灭的离子迁移现象。随后薄膜中间出现黑色细丝；最终在显微镜下观察到了两条明显导电丝。通过对应的电流-时间（I-t）曲线，团队发现电流随着时间发生先下降后激增的现象，这与荧光成像显微镜观察的现象一致。
图1 平面结构中准二维钙钛矿忆阻器导电丝形成过程实测图以及相应电流-时间（I-t）曲线
结合I-V 曲线分析和导电丝的形成过程，团队首次提出了准二维卤化物钙钛矿忆阻器的工作模型：当顶电极为活性金属Ag时，导电丝的形成主要由碘空位的重新分布和Ag的氧化还原反应控制。当顶电极为惰性金属Au时，导电丝的形成过程与上述类似，但主要由碘离子的移动和碘空位的重新分布决定。
基于该项技术，本团队不仅对准二维钙钛矿忆阻器开关机制进行探讨，而且针对三维钙钛矿忆阻器（J. Phys. Chem. Lett. 2024, 15, 2453–2461）的开关机制也进行了深入研究，丰富和完善了钙钛矿忆阻器的导电丝模型理论。另外，该研究建立的实时原位荧光成像显微镜表征方法，已经推广至其他钙钛矿光电器件的表征（例如ACS Sustainable Chem. Eng. 2024, 12, 17007–17017以及 J. Energy Chem. 2025, 102, 271）。
本团队长期致力于高性能新型半导体光电器件（包括太阳能电池、LED、光电探测器等）衰减机制的研究，近年来，以第一/通讯作者在Sci. Adv. , Nat. Commun. , Adv. Mater , Adv. Funct. Mater. , Laser Photonics Rev.等权威期刊发表了多篇研究成果。
03研究相关
本工作由厦门大学电子科学与技术学院陈孟瑜助理教授、李澄教授团队完成，李澄教授、陈孟瑜助理教授为该论文的共同通讯作者。电子科学与技术学院研究生罗洪强与周思佳为共同第一作者。这项工作得到了国家重点研发计划（2023YFB3611203）、福建省自然科学基金（2024J01055）的资助。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.5c00633
以及https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.3c03558
