固体材料往往在低温下发生相变，产生全新的物理性质。电荷密度波是金属材料在低温下发生相变后的一种可能的基态，导致原本均匀分布的电荷密度在实空间发生周期性波动，并且伴随着晶格畸变。这种现象在低维金属材料中十分普遍。人们对一维条件下电荷密度波的形成原因已经有了比较清楚的认识。二维或准二维电荷密度波材料更为丰富，但关于其形成机理却始终存在着不同的观点。此外，在不少材料中电荷密度波与超导存在着微妙的关联。这些原因使电荷密度波成为凝聚态物理中备受关注的一个研究方向。
计算机存储元件的功能目前是基于多重稳定性的，通过局部操纵晶体管中的电子密度或通过切换磁性或铁电顺序来驱动。另一种可能性是通过离子的运动在金属相和绝缘相之间转换，但它们的速度受到成核缓慢和不均匀渗透生长的限制。
斯洛文尼亚的Jozef Stefan Institute团队展示了一种脉冲电流注入引起的电荷密度波系统的快速电阻开关。其中注入的电荷通过与CDW阶参量的梯度耦合产生域壁(DWs)，在低温下将材料从绝缘态转化为金属态。从技术的角度来看，这为低温超高速存储设备的出现提供了可能性，而低温超高速存储设备的缺乏迄今为止严重阻碍了超高速节能超导计算的发展。
样品制备：以碘为输运剂，采用化学输运法生长T-TaS2晶体，平均横向尺寸为1 ~ 5mm，厚度~100 mm。用胶带将单晶剥离得到薄片。将得到的50 ~ 100纳米厚的薄片沉积在蓝宝石衬底上。使用DALI光刻机，激光直接光刻技术在薄片顶部沉积4个金电极，初始层厚度为10 nm。
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DALI光刻机 基本参数：
⊙基板尺寸：100x100 mm
⊙激光波长：375 nm
⊙直写光斑 ：1 µm 和 3 µm
⊙激光光斑定位分辨率： <1nm
⊙直写速度：100.000 点/秒
⊙最小结构尺寸：1µm
⊙设备尺寸 ：650 × 522 × 626 mm 80 kg
内含用于对准与观察的显微成像系统
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实验是在1T-TaS2上进行的，它在高温下是一种简单的金属，具有单个Ta d电子带穿过费米能级。在Tc0=543 K时，形成集成电路CDW。在Tc1=350 K以下冷却时，为了符合底层晶格，IC结构形成了一个几乎相称的(NC)状态，其中每个13个Ta原子上的电子定位，导致由DWs分隔的NC极化子簇的规则六角形阵列。在Tc2=183 K以下，DWs消失，形成完全相称的六边形极化超晶格，这被认为是具有DMott≃0.1 eV的Mott绝缘体。
当电荷脉冲穿过材料时，它将1T-TaS2中有序的极化子Mott绝缘态转换为具有纹理化域壁的亚稳电子态，并伴随着极化子态到边缘态的转换，同时从绝缘体到金属的快速切换。大的电阻变化，高开关速度(30 ps)和超低的每比特能量为非易失性存储设备操纵全电子状态的新概念开辟了道路。
图1 切换速度和阈值行为
图1(a)以高于阈值IT的单脉冲测量的开关电阻比，每次从HI电阻状态开始(红色圆圈)。黑色圆圈表示电流脉冲后的电阻率。(b)以1s脉冲擦除，每次从LO电阻状态(红色圆圈)开始。黑色圆圈表示施加擦除脉冲后的电阻率。数据是通过交替写入/擦除周期和增加脉冲长度来获得的。(c)以金属-半导体-金属(MSM)器件为电流源进行30ps测量的电路。(d)每个脉冲期间测量的电压V，脉冲电流I先递增后递减，分别由路径(1)和路径(2)所示。在阈值电流IT以上，V突然在两个连续的电流值之间下降。(e)与d相同，但从低阻状态开始，沿路径(1)增加脉冲，然后沿路径(2)减小脉冲。在所有情况下，T=20 K，脉冲长度为10 ms。
图2 1T - TaS2的平衡相和开关行为的演示
图2(a)为不同温度下1T - TaS2中CDW的不同状态示意图。图(b)为响应来自电流源的脉冲从HI电阻切换到LO电阻的时间行为。虚线表示没有开关时的外推电压。其中R为双端电路电阻，变化范围为53 ~ 44 ns。弛豫时间的拟合表明，开关后的τ与脉冲结束时的τRC之间的差值小于0.3 ns，这对器件的固有速度设置了限制。插入显示了测量电路。小的叠加振荡是由于电路的振铃。
相关成果以"Fast electronic resistance switching involving hidden charge density wave states”为题发表在《自然—通讯》 (Nature Communications)上
