近期，重点实验室段书凯教授团队在《Advanced Materials》上在线发表了题为“Anomalous Phase Change in SbSex Memristors for Ultrafast Image Encryption”的研究论文。

研究背景

忆阻器因其非线性特性在类脑计算与信息加密中具有重要应用，而相变材料为其功能实现提供关键支撑。目前常规相变行为理解有限，难以满足高速、低功耗器件需求。探索材料中受缺陷调控的反常相变过程，有望突破当前忆阻器在非线性调控与复杂功能实现方面的瓶颈，为神经形态计算和物理加密等领域带来新机遇。

研究内容

神经元中复杂的电学非线性过程被认为是高级认知的起源，这对于具有丰富动力学特性的电子器件而言是极为理想的特性。本研究中，科研人员原位观测到半导体SbSex薄膜中的一种反常相变，该过程不仅包括传统的非晶到晶态的相变，还涉及了前所未见的金属锑（Sb）核的生长。理论模拟结果表明，当在SbSex中引入Sb或Se空位时，焦耳热会在空位中心附近积聚，导致局部区域发生反常相变，从而使含有缺陷的忆阻器呈现出独特的N型负微分电阻（NDR）效应。这些丰富的非线性电学开关动力学特性为构建混沌系统提供了基础，可用于实现超快速图像加密，其速度比现有技术快至少两个数量级。

研究意义

这项工作为相变材料和忆阻器的研究开辟了新的方向。未来，可以通过更精确地调控SbSex薄膜中空位的类型、浓度和分布，来进一步优化器件的NDR特性、稳定性和功耗。同时，将这种具有丰富动力学特性的忆阻器集成到更大规模的神经形态计算芯片或硬件安全系统中，有望在解决复杂优化问题或构建更高效的物理不可克隆函数（PUF）等方面发挥重要作用。此外，探索类似的反常相变机制是否也存在于其他硫族化合物材料体系中，是一个值得深入研究的方向。