北京大学信息科学技术学院、微米/纳米加工技术国家级重点实验室杨玉超研究员-黄如院士课题组，从氧化物忆阻器中离子输运过程的电荷属性出发，基于多功能扫描探针显微镜和球差矫正透射电镜等手段，成功解析了该类忆阻器中的氧离子输运动力学，直接观察到器件中纳米尺度导电通道的形成，获得了清晰的阻变过程物理图像。

本工作与国家纳米科学中心团队合作开展，利用原位导电原子力显微镜和静电力显微镜表征方法探测忆阻器中的离子聚集和可逆运动过程，并系统研究了在不同氧化物电解质、不同电场方向和不同环境条件下的离子输运行为，直接观察到随着器件操作电压的不断升高，在电极/氧化物界面逐步发生的离子聚集、电化学反应发生、氧气逸出、导电通道形成、电阻状态转变等一系列动力学过程。不同电解质体系（氧化铪、氧化钽、氧化铝）中的结果显示出高度自洽，同时与相同条件下利用球差校正透射电镜所获得的导电通道观察结果相互印证，并成功观察到不同电场方向下离子的可逆运动。该研究方法充分结合了离子输运的电荷和质量两种属性，为固体中离子运动研究提供了一种高分辨、普适性的方法，所得实验结果揭示了氧化物忆阻器的工作机理，对进一步实现器件性能调控具有重要指导意义。

相关研究成果以《探测忆阻系统中的纳米尺度氧离子输运》（Probing nanoscale oxygen ion motion in memristive systems）为题，在线发表于2017年5月的《自然?通讯》上（Nature Communications,2017, 8: 15173, DOI:10.1038/ncomms15173）。杨玉超研究员与国家纳米科学中心张小娴副研究员为论文的并列第一作者，黄如院士、杨玉超研究员与国家纳米科学中心裘晓辉研究员为论文的共同通讯作者。

以上研究工作得到国家自然科学基金、国家“青年海外高层次人才引进计划”、北京市科学技术委员会“脑科学”专项、中央高校建设世界一流大学（学科）和特色发展引导专项等资助。