近日，我室研究生陈梦丽（第一作者）和王国祥研究员（通讯作者）在期刊 Journal of Alloys and Compounds 上发表了题为“Enhancing thermal stability and reducing resistance drift in Sb Phase-Change Materials via MoS₂ alloying”的文章，文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.183693。

       在人工智能、物联网与大数据技术快速发展的推动下，传统存储架构在存储密度、读写速度与能效方面面临日益严峻的挑战。相变存储器（PCM）作为新一代非易失存储技术的代表，凭借其高速、低功耗和高集成度等优势，具备突破“内存墙”限制的潜力。在众多候选材料中，单质锑（Sb）因其独特的单原子结构与p–p轨道杂化所形成的六方密堆框架，展现出皮秒级超快相变能力，从本质上避免了如GST等多元材料因元素偏析引发的可靠性问题，被认为是极具发展前景的下一代相变材料。

       尽管单质锑兼具超快相变速度与低电阻漂移的固有优势，其热稳定性不足却严重限制了实际应用。常规锑基薄膜在室温下容易发生自发结晶，导致数据难以长期稳定存储，极大制约了该材料的实用化进程。因此，本研究的关键挑战在于：如何在保留锑优异相变动力学性能的基础上，同步实现热稳定性的显著增强与电阻漂移系数的进一步降低。这一涉及多性能协同调控的材料构效关系问题，成为该领域迈向实际应用所必须解决的核心科学难题。

       为应对上述挑战，本研究提出采用MoS₂对锑进行合金化的创新策略。系统实验表明，MoS2的引入使材料综合性能得到显著提升。在最优组分Sb79(MoS2)21中，结晶温度提高至232°C，10年数据保留温度达到148.6°C，电阻漂移系数更是降至0.0004，较传统GST材料降低两个数量级，成功在维持超快相变能力的同时实现了高热稳定性和数据可靠性，如图1所示。微观机制研究揭示，性能提升主要源于MoS2与Sb之间形成的高结合能Sb–S与Sb–Mo化学键，并在晶界处构建出Sb–Mo–S非晶相结构，该结构有效包裹并细化Sb晶粒，抑制晶粒生长与元素迁移。结晶动力学分析进一步表明，相变过程以一维生长模式为主，从机理层面降低成核随机性，共同构成了低漂移、高稳定相变行为的结构基础，如图2所示。

图1. (a)不同MoS₂掺杂浓度的Sb薄膜在30℃/min升温速率下的电阻-温度特性。(b) MoS2合金化Sb薄膜的阿伦尼乌斯拟合曲线，用于估算十年数据保留温度。(c) 50℃热处理条件下MoS2掺杂Sb薄膜的电阻漂移系数。(d) 沉积态MoS2掺杂Sb薄膜的(αhν)^1/2与hν关系图。（e）和（f）分别为Sb-MoS2合金薄膜在200℃和300℃退火后的XRD图谱。

图2. (a) Sb70(MoS2)30薄膜在不同加热速率下的电阻-温度变化曲线；(b)不同加热速率下结晶体积分数（X）随温度的变化关系；(c) 基于Ozawa拟合方法表征的结晶行为；(d) Sb85(MoS2)15、Sb79(MoS2)21和Sb70(MoS2)30在180–260℃温度区间内结晶动力学指数的演变规律。

       本研究通过MoS2合金化策略，成功解决了锑基相变材料在热稳定性与电阻漂移之间的协同优化难题，不仅为高性能锑基相变材料的开发提供了新思路，也推动了相变存储技术向更高性能层次发展。所构建的兼具超快速度、高热稳定性和近乎零电阻漂移的Sb–MoS2薄膜体系，为下一代低功耗、高可靠性PCM器件的设计与制备奠定了关键材料基础，显著增强了其在高温、高功率等严苛环境下的应用潜力。该研究突破了传统相变材料的性能限制，有望推动相变存储在车载电子、航空航天、边缘计算等极端环境存储场景中的商业化进程，并为未来存算一体与神经形态计算等先进架构的实现提供重要材料支撑。