Etude théorique d’empilements verticaux de type métal | dichalcogénures de métaux de transition | métal : atomristors

Résumé :
Depuis la découverte du graphème et des technologies pour le synthétiser, la part des matériaux 2D dans les nanotechnologies a considérablement augmenté ces dernières années [1,2]. Dans la famille des matériaux 2D, les dichalcogénures de métaux de transition (TMDs) présentent un comportement de commutation résistive [3-5] dans des empilements verticaux métal|TMD|métal, permettant d’avoir un temps de commutation pour des commutateurs radiofréquences de moins de 10fs [6], quand ceux de nos jours atteignent une valeur dix fois supérieure [7]. Alors que la migration d’ions métalliques formant des filaments dans des systèmes métal|hBN|métal a été reconnue comme la source principale de commutation [8], aucune revendication de ce type n’a encore été faite lorsque des TMDs sont utilisés. Une étude théorique récente [4] utilisant des électrodes Au a montré que la création d’un semi-filament était suffisante pour déclencher l’état de faible résistance (LRS), quand un filament complet nécessiterait une vaste quantité d’énergie pour se former. La présence de défauts affecte peu l’état de haute résistance (HRS), mais offre une plus grande probabilité pour former un tel semi-filament.
En utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité et les fonctions de Green hors équilibre, cette thèse se concentre sur la compréhension des mécanismes de commutation dans des systèmes avec des TMDs, en changeant à la fois les matériaux des électrodes mais également la nature et la phase des TMDs en question. Une base de données de dispositifs avec des électrodes Au, Ag, Cu, Ni, Pt et TiN, et les TMDs {Mo;W}{S;Se;Te}2 en uni-, bi- et tri- couches est en construction pour établir une comparaison précise des états de faible et forte résistance. Des systèmes additionnels incluant du hBN et du graphème sont également en construction.
Cette présentation se concentrera principalement sur la théorie de la fonctionnelle de la densité et sur les fonctions de Green hors équilibre, pour finir sur quelques résultats trouvés lors de la relaxation géométrique des dispositifs.

Références :
[9]    W. Cao et al., IEEE Trans. Electron Devices, 65 (2018) 4109
[10]    E. G. Marin et al., IEEE Trans. Electron Devices, 65 (2018) 4167
[11]    I. M. Datye et al., Nano Lett., 20 (2018)1461
[12]    X.-D. Li et al., Nanotechnology, 34 (2023) 205201
[13]    R. Ge et al., Nano Lett., 18(2018) 434
[14]    M. Kim et al., Nat. Commun., 9 (2018) 2524
[15]    F. Gianesello et al., 2016 IEEE 16th Top. Meet. Silicon Monolith. Integr. Circuits RF Syst. SiRF, (2016) 9
[16]    Y. Shi et al., Nat. Electron., 1 (2018) 458

Remerciements :
Ce travail est supporté par un financement ANR SWIT (ANR-19-CE24-0004). Les simulations sont faites utilisant les ressources HPC de GENCI–IDRIS (Grant 2023 A0140914157) et l’infrastructure GRICAD (https://gricad.univ-grenoble-alpes.fr).