随着大数据时代的到来,存储器的性能面临着严峻的挑战,比如存储密度、存储速率和能量损耗等。传统的动态随机存储器由于其有限的存储密度和过高的能耗无法满足高性能存储器的需求。寻找新型存储器是应对大数据带来挑战的唯一途径。电存储器和全光子存储器被认为是最有可能实现超高密度存储、高存储效率和低能耗的存储器。但是,目前这些存储器的研究中仍然存在以下问题:(1)对于电存储器来说,它被认为是最有前景的下一代存储器候选者,然而,电阻漂移仍是阻碍其发展的问题之一。首先,电阻漂移机理存在分歧。一些人认为电阻漂移起源于结构弛豫引起的带隙变宽;另一些人认为电阻漂移起源于带隙中缺陷态的减少引起的费米能级位置的改变。其次,目前报道的相变薄膜的电阻漂移指数最低值在0.05~0.06之间,距离理想值0.01较远,怎样有效降低电阻漂移的思路尚未提出。(2)对于全光子存储器来说,它可以突破目前电子计算机中存在的冯-诺依曼瓶颈,避免电-光信号的转换从而大幅度提高存储速率。但是目前存储器的占空较大,研究表明通过降低激光波长可以降低占空。遗憾地是,相变材料在紫外-可见光范围内消光系数比较大,这会带来很高的能量损耗。因此,寻找较低消光系数的相变材料对全光子存储器的发展是至关重要的。现有研究表明掺杂是改变相变材料消光系数的手段之一,但是如何降低相变材料在紫外-可见波段范围内的消光系数及背后的机制研究尚未开展。针对以上问题,我们通过实验和理论计算相结合的方法开展了以下两个方面的研究:(1)针对电阻漂移物理机制与降低途径的研究。本研究首次利用类氢模型揭示了电阻漂移的机理,发现电阻漂移起源于结构弛豫引起的介电系数和电子束缚能变化,电阻漂移指数与介电系数倒数成正比关系;提出了大幅度降低电阻漂移的新思路:提高介电系数的热稳定性。通过两组实验证明了我们的新思路是完全可行的,当空位浓度为20%且氮掺杂含量为10.9%时,薄膜具有最低的电阻漂移指数0.023,比文献中报导的最佳结果(0.050)还好一倍。本研究揭示了电阻漂移与介电系数的定量关系并提出了抑制电阻漂移的新思路,这对寻找高稳定高存储密度的相变材料具有重要意义。(2)针对降低相变材料在紫外-可见波段范围内的消光系数及其物理机制的研究。结果表明随着空位浓度的减小,锗锑碲相变薄膜的消光系数逐渐减小,这归因于空位浓度越低,无序度越大,引起Lorentz振子的振幅A减小和展宽C增加,进而导致薄膜的电子结构发生改变。而随着氮掺杂含量的增加,锗锑碲相变薄膜的消光系数呈现先降低后增加的趋势,这是因为适量的氮掺杂改变了薄膜的无序度,引起了Lorentz振子的振幅A的改变,进而影响了薄膜的电子结构。