論文の概要: From Processing to Functionality: Engineering Accessible Material States in Cu-Embedded SiO$_x$ Memristive Devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.30047v1
- Date: Thu, 24 Sep 2026 16:10:55 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-25 21:10:10.080132
- Title: From Processing to Functionality: Engineering Accessible Material States in Cu-Embedded SiO$_x$ Memristive Devices
- Title（参考訳）: 加工から機能へ:Cu添加SiO$_x$メムリシティブデバイスにおける工学的アクセシブル材料状態
- Abstract要約: 酸化物系デバイスにおける抵抗性スイッチングは欠陥プロセスによって広く制御されているが、製造条件と機能的挙動との予測的リンクは依然として解明されていない。
そこで我々は,プラズマ定義条件をスパッタリングしたSiO$_x$/Cu/SiO$_x$ベースシステムでマクロデバイス機能に接続するマルチスケールフレームワークを構築した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Resistive switching in oxide-based devices is widely governed by stochastic defect processes, yet a predictive link between fabrication conditions and functional behavior remains elusive. Here, we establish a multiscale framework connecting plasma-defined deposition conditions to macroscopic device functionality in sputtered SiO$_x$/Cu/SiO$_x$-based systems. By combining large-scale statistical analysis of more than 50,000 experimentally characterized devices with physics-based plasma and atomistic simulations, we show that device behavior does not emerge from deterministic process-to-performance mappings, but from a probabilistic cascade spanning defect formation, defect-state evolution, and functional-regime emergence. Data-driven clustering reveals a continuous functional state space composed of operational switching types, while inverse modeling identifies the reconstructed oxygen-vacancy density as an effective latent descriptor capturing the combined influence of structural disorder and defect topology. This latent descriptor is strongly coupled to both Cu redistribution and electrical response, linking otherwise hidden material properties to observable device characteristics. Furthermore, macroscopic switching behavior is argued to arise from ensemble integration across spatially heterogeneous subdomains, providing a physical explanation for the pronounced variability of large-area devices. These findings shift the perspective from deterministic defect engineering toward probabilistic defect-state design and establish a physically grounded framework for understanding and controlling functional variability in such oxide-based systems, such as memristive or resistive-switching devices.
- Abstract（参考訳）: 酸化物系デバイスにおける抵抗性スイッチングは確率的欠陥プロセスによって広く制御されているが、製造条件と機能的挙動との予測的リンクは依然として解明されていない。
そこで我々は,スパッタリングされたSiO$_x$/Cu/SiO$_x$ベースのシステムにおいて,プラズマ定義堆積条件とマクロデバイス機能とを接続するマルチスケールフレームワークを構築した。
5万以上の実験的特徴を持つ装置の大規模統計解析と物理ベースのプラズマと原子論シミュレーションを組み合わせることで、デバイス動作は決定論的プロセス・パフォーマンスマッピングからではなく、欠陥形成、欠陥状態の進化、機能的レジズムの出現に至るまでの確率論的カスケードから生じることを示した。
データ駆動クラスタリングは、運用上のスイッチングタイプで構成される連続的な機能状態空間を明らかにし、逆モデリングは、再構成された酸素空孔密度を、構造障害と欠陥トポロジーの複合的な影響を捉える効果的な潜在記述子として特定する。
この潜在ディスクリプタはCu再分配と電気応答の両方に強く結合し、他の隠れた材料特性と観測可能なデバイス特性を結びつける。
さらに、マクロなスイッチング挙動は、空間的に不均一なサブドメイン間のアンサンブル積分から生じ、大面積デバイスの顕著な変動について物理的に説明することができる。
これらの知見は, 決定論的欠陥工学から確率的欠陥状態設計へ転換し, メムリシティブデバイスや抵抗スイッチングデバイスなどの酸化物系における機能的変動の理解と制御のための物理的基盤的枠組みを確立した。
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