We describe a nanometer-scale switch that uses a copper sulfide film and demonstrate its performance. The switch consists of a copper sulfide film, which is a chalcogenide semiconductor, sandwiched between copper and metal electrodes. Applying a positive or negative voltage to the metal electrode can repeatedly switch its conductance in under 100 μs. Each state can persist without a power supply for months, demonstrating the feasibility of nonvolatile memory with its nanometer scale. While biasing voltages, copper ions can migrate in copper sulfide film and can play an important role in switching.

Learning abilities are demonstrated using a single solid-state atomic switch, wherein the formation and dissolution of a metal filament are controlled depending on the history of prior switching events. The strength of the memorization level gradually increases when the number of input signals is increased. Once the filament forms a bridge, electrons flow in a ballistic mode and long-term memorization is achieved (see figure). Detailed facts of importance to specialist readers are published as ”Supporting Information”. Such documents are peer-reviewed, but not copy-edited or typeset. They are made available as submitted by the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

Abstract Resistive switching memories based on the formation and dissolution of a metal filament in a simple metal/oxide/metal structure are attractive because of their potential high scalability, low‐power consumption, and ease of operation. From the standpoint of the operation mechanism, these types of memory devices are referred to as gapless‐type atomic switches or electrochemical metallization cells. It is well known that oxide materials can absorb moisture from the ambient air, which causes shifts in the characteristics of metal‐oxide‐semiconductor devices. However, the role of ambient moisture on the operation of oxide‐based atomic switches has not yet been clarified. In this work, current–voltage measurements were performed as a function of ambient water vapor pressure and temperature to reveal the effect of moisture on the switching behavior of Cu/oxide/Pt atomic switches using different oxide materials. The main findings are: i) the ionization of Cu at the anode interface is likely to be attributed to chemical oxidation via residual water in the oxide layer, ii) Cu ions migrate along grain boundaries in the oxide layer, where a hydrogen‐bond network might be formed by moisture absorption, and iii) the stability of residual water has an impact on the ionization and migration processes and plays a major role in determining the operation voltages. These findings will be important in the microscopic understanding of the switching behavior of oxide‐based atomic switches and electrochemical metallization cells.

Resistive switching memories (ReRAMs) are the major candidates for replacing the state-of-the-art memory technology in future nanoelectronics. These nonvolatile memory cells are based on nanoionic redox processes and offer prospects for high scalability, ultrafast write and read access, and low power consumption. The interfacial electrochemical reactions of oxidation and reduction of ions necessarily needed for resistive switching result inevitably in nonequilibrium states, which play a fundamental role in the processes involved during device operation. We report on nonequilibrium states in SiO2-based ReRAMs being induced during the resistance transition. It is demonstrated that the formation of metallic cations proceeds in parallel to reduction of moisture, supplied by the ambient. The latter results in the formation of an electromotive force in the range of up to 600 mV. The outcome of the study highlights the hitherto overlooked necessity of a counter charge/reaction to keep the charge electroneutrality in cation-transporting thin films, making it hard to analyze and compare experimental results under different ambient conditions such as water partial pressure. Together with the dependence of the electromotive force on the ambient, these results contribute to the microscopic understanding of the resistive switching phenomena in cation-based ReRAMs.

Abstract Esophageal duplication cysts are rare congenital noncancerous growths. Symptoms of this disease are reported to be asymptomatic in approximately 70% but include respiratory symptoms such as coughing and difficulty breathing. Minimally invasive removal of these cysts without esophagectomy is typically recommended. However, when the cyst is situated in the upper mediastinum, surgical excision becomes technically challenging. Here, we report a case of an obese female patient with esophageal duplication cyst in the upper mediastinum who underwent successfully robotic‐assisted complete removal of the cyst. A 50‐year‐old woman presented to a local clinic with a persistent cough and hoarseness lasting 4 months. A computed tomography scan revealed a large cystic tumor in the upper mediastinum, causing displacement of the trachea. The resection of the cystic tumor was safely performed with robotic assistance. The use of robotic system for the removal of esophageal duplication cyst is technically safe and feasible.