Metal-Insulator Transitions in β′-Cu V2O5 Mediated by Polaron Oscillation and Cation Shuttling
Metal-Insulator Transitions in β′-Cu V2O5 Mediated by Polaron Oscillation and Cation Shuttling
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极化子振荡和阳离子穿梭介导的β-Cu V2O5 中的金属-绝缘体转变
DOI：
10.1016/j.matt.2020.01.027
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发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
18.9
通讯作者：
Yang, Wanli
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Parija, Abhishek;Handy, Joseph V.;Andrews, Justin L.;Wu, Jinpeng;Wangoh, Linda;Singh, Sujay;Jozwiak, Chris;Bostwick, Aaron;Rotenberg, Eli;Yang, Wanli
硅电路在半导体工业中占据主导地位已有数十年，但其功率效率受到电子能量的费米-狄拉克分布的限制。表现出金属-绝缘体转变（MIT）的电子相关过渡金属氧化物是节能计算的优秀候选者，其可以进一步模拟生物神经电路的尖峰行为。结果表明，β′-CuxV 2 O 5对外加温度、电压和电流具有明显的非线性响应，且响应随Cu化学计量比的变化而变化.我们表明，极化子振荡，耦合到实际空间穿梭的铜离子在两个相邻的网站，支持这种材料的MIT。这些结果揭示了强关联系统的金属-绝缘体转变中晶体结构畸变和电子关联之间的相互作用。耦合阳离子扩散和极化子振荡的利用进一步证明了使用离子矢量来获得神经形态计算所需的高度非线性电导切换的手段。
Silicon circuitry has dominated the semiconductor industry for decades but is constrained in its power efficiency by the Fermi-Dirac distribution of electron energies. Electron-correlated transition metal oxides exhibiting metal-to-insulator transitions (MITs) are excellent candidates for energy-efficient computation, which can further emulate the spiking behavior of biological neural circuitry. We demonstrate that β′-CuxV2O5exhibits a pronounced nonlinear response to applied temperature, voltage, and current, and the response can be modulated as a function of Cu stoichiometry. We show that polaron oscillation, coupled to the real-space shuttling of Cu ions across two adjacent sites, underpins the MIT of this material. These results reveal the interplay between crystal structure distortions and electron correlation in underpinning the metal-insulator transition of a strongly correlated system. The utilization of coupled cation diffusion and polaron oscillation further demonstrates a means of using ionic vectors to obtain highly nonlinear conductance switching as required for neuromorphic computing.
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