文章导读
你是否想过，让AI像人脑一样稳定思考的关键，竟藏在一种“不会漂移”的新材料里？西安交大团队首次破解相变存储器的致命缺陷——电阻随时间漂移，导致计算精度失控。他们发现传统材料非晶结构的弛豫是罪魁祸首，并由此设计出全新铬碲合金CrTe3，其完美八面体结构从根源上抑制了电阻变化。实验证明，该材料在极宽温度范围内十年内无漂移，十万次操作仍稳定，甚至驱动智能小车实现高温下精准寻址。这项发表于《自然—材料》的突破，为高精度类脑计算提供了核心材料基础，或将彻底改写下一代存储与智能硬件的规则。
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2025年10月1日，《自然—材料》(Nature Materials) 在线发表了以《无电阻漂移的非晶相变存储材料》（Amorphous phase-change memory alloy with no resistance drift）为题的研究论文。
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。
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。
该项工作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。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-025-02361-0
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