1 工作简介

         ——面向相变类脑计算技术的无漂移相变存储材料

相变存储器利用硫族化合物非晶相与晶体相之间的电阻差异实现数据存储。而非晶材料通常具有自发结构弛豫的特点，对于相变存储材料而言（如商用锗锑碲合金GST），其非晶相电阻值会随时间的推移而自发漂移，这对于精准多值编程带来了巨大挑战，极大地影响了相变类脑计算的计算精度。此外，非晶结构弛豫在不同的环境温度下呈现出复杂多变的不确定性，从而导致相变类脑计算技术难以适配环境多变的边缘端应用场景。

为了解决该问题，西安交通大学金属材料强度全国重点实验室材料创新设计中心（CAID）团队解析了非晶相变材料结构弛豫行为的原子尺度机理，明确了电阻漂移根源主要来自于非晶局部结构缺陷密度以及派尔斯畸变程度随时间和温度的演化。在此基础上，团队设计了一种局部结构几乎全部为完美八面体的铬碲非晶合金CrTe₃，其八面体结构中无明显长短键差异，因此其结构弛豫很弱且并不引发能带结构的变化，可从根本上消除电阻漂移。随后，团队通过磁控溅射制备了CrTe₃薄膜，从实验上证实了该非晶薄膜在-200至165摄氏度的宽温区范围内无明显的电阻漂移。

图1. 铬碲合金的晶体/非晶原子结构、器件电阻漂移系数以及基于器件阵列的智能小车。

进一步，团队与中国科学院上海微系统与信息技术研究所宋志棠研究员团队合作，验证了CrTe₃器件在反复操作十万次之后依然无明显电阻漂移行为。此外，团队通过光控电测方法实现了稳定的多值存储，并设计加工出了基于CrTe₃阵列的智能小车，实现了稳定的自动寻址功能，即便将CrTe₃阵列置于150摄氏度下1小时，其后该自动寻址功能依然可以完美复现。此类相变存储材料的创新设计从根本上解决了相变存储器件的电阻漂移问题，为发展高精度相变类脑器件提供了关键的材料载体。

相关成果以“无电阻漂移的非晶相变存储材料Amorphous phase-change memory alloy with no resistance drift”为题发表于《自然材料》(Nature Materials)，论文的第一作者为王晓哲博士、王若冰博士与孙苏阳博士，通讯作者为王疆靖教授、马恩教授与张伟教授。西安交通大学为第一作者单位与唯一通讯作者单位。

2 主要作者简介

共同第一作者

王晓哲，2025年获西安交通大学材料学院博士学位。

主要从事面向类脑计算的高性能相变存储材料与器件的研究。以一作/共一/通讯作者在 Nature Materials、Advanced Science、《科学通报》等国内外期刊上发表学术论文8篇，授权发明专利3项。

共同第一作者

王若冰，中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士后、中国科学院特别研究助理，入选国资计划博士后C类、上海市超博、上海市东方英才计划青年。

研究聚焦新型相变和开关材料、微纳工艺及神经形态器件，开发高性能相变存储器集成工艺。主持国家自然科学基金等项目6项，共发表SCI论文22篇，以第一作者/通讯作者发表论文10篇，包含封面论文1篇，申请专利7项（授权1项）。获中国材料研究学会科学技术奖—博士生创新奖、上海市博士后创新创业大赛优胜奖等荣誉。

共同第一作者

孙苏阳，河南省科学院材料研究所助理研究员，于2024年获西安交通大学博士学位。

主要从事相变存储材料和铜合金材料的第一性原理计算和分子动力学模拟。以一作/共一/通讯作者在Nature Materials、npj computational materials、Nano Energy、Advanced Science等期刊发表文章9篇，申请专利1项。

通讯作者

王疆靖，西安交通大学教授，国家级青年人才，德国洪堡学者，华为—西安交大“思源学者”。

主要研究方向为相变存储与存算一体材料，在相变材料的合成与表征、存储器件的制备与失效分析等方面做出了原创性工作，已发表学术论文40余篇，其中以第一/通讯作者（含共同）在Science、Nat Mater、Nat Commun、Adv Sci等期刊发表论文20余篇。主持国家重大基础研究课题、国家自然科学基金及华为公司横向等项目。授权发明专利12项。

通讯作者

张伟，西安交通大学教授，国家级领军人才，华为—西安交大“思源学者”，并担任国际相变存储学会EPCOS委员会委员。

主要研究方向为相变存储材料与器件，在相变存储机理研究等方面做出了系列原创性工作，已发表学术论文100篇，包括以第一或通讯作者在Science (3)、Nat Mater (4)、Nat Electron、Nat Rev Mater、Adv Mater (3)等国际主流期刊及《科学通报》、Fundamental Research、Materials Futures等国内顶尖期刊上发表论文80余篇。主持国家重点研发项目课题1项、国家自然科学基金委面上项目2项、中德合作专项2项以及横向项目1项等。授权发明专利10项。

通讯作者

马恩，西安交通大学教授，欧洲科学院外籍院士（Non-EU Fellow of the European Academy of Sciences），国家级特聘教授，MRS/APS/ASM/TMS四会会士。

研究方向为高熵合金、金属玻璃、纳米晶、相变存储材料等，在揭示非晶合金、纳米结构合金、复杂合金的微观结构及其特性等方面做出了开创性的工作，已发表学术论文400余篇，包括在Nature、Science、Nature Materials等期刊发表40余篇。论文已被引用7万余次（Google Scholar Citation），单篇最高近4000余次，H因子为134。

3 原文传递

详情请点击论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41563-025-02361-0