我們平常用到的記憶體，大多是根據穩定的電子行為來儲存資訊。在這篇研究中，由淡江大學物理系洪振湧教授主導，並與中央大學物理系唐毓慧教授，與西班牙馬德里自治大學的 Farkhad 教授之研究團隊攜手合作，共同推動實驗與理論並行的研究工作，深入探討了「穿隧電子的不穩定性」，也就是電子在材料內部進行穿隧效應時具有隨機運動特徵，並發現這種看起來像雜訊的行為，可能成為打造更聰明記憶體元件的關鍵。研究的主題材料為自旋電子記憶元件（spintronic memristors）的磁穿隧接面（magnetic tunnel junctions），它是一種結合了磁性金屬和氧化物材料的三明治層奈米結構。在這種元件內部存在一些叫「氧空位」的小缺口，會影響電子的穿隧傳輸方式。研究者發現在 低電阻狀態下，電子會表現出一種隨機跳動的行為，稱為「隨機電報訊號」（random telegraph noise，RTN）。這代表電子會在「捕捉」與「釋放」兩種狀態間切換，這種行為和熱能、材料結構有關。在高電阻狀態下則不太一樣：電子主要透過直接穿隧方式通過材料，行為相對穩定。這種差異說明，元件的阻抗狀態會改變電子的運動模式。為了更精準了解這個現象，研究團隊使用了 tight-binding 模型，配合實驗結果，證明電子傳輸的變化跟氧空位的位置移動以及磁電阻效應有關，而且可以透過外加電壓來操控。也就是說，我們有可能設計出能「主動控制電子雜訊」的記憶元件，用來模仿神經元的突觸反應。這項結果對未來AI自旋電子學元件之基礎應用與設計奠定開發潛能。
參考文獻: Nano Lett. Pub Date : 2025-07-01 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.5c01332