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本论文涉及到氧化物材料中电阻变换效应和自束缚载流子机制的相关研究。近年来，多种不同氧化物材料和器件在电场的调整下显示出电阻值在高电阻态和低电阻态之间变化。这种由电压调整获得的电阻变换效应可能应用于制备下一代电阻型的非易失性存储器件ReRAM，因此获得了非常广泛的关注。由于在多种不同氧化物材料都发现了电阻变换效应，而实验中还涉及到样品制备过程不一致等众多因素，这使得缺少合理的理解电阻变换效应的物理机制，同时也成为制约实际应用取得进展的重要因素。目前大多数理论假设都是建立于缺陷、位错和氧空位扩散的模型基础之上，然而扩散模型不能解释很多实验结果，特别是一些低温的实验结果。作者开展了一系列的实验，系统的研究了氧化物材料中电阻变换效应，并根据实验数据和物理分析，提出了载流子注入—自束缚载流子模型来理解强关联背景下氧化物材料和器件中的电阻变换效应。论文分析了自束缚载流子机制的合理性。本论文在普遍关注的前沿领域取得了一系列创新成果：
1.在异质结中获得了可控的变换幅度超过三个数量级的电阻变换效应。特别是界面势垒的变化表明电阻变换效应是与载流子跨越界面的过程有关；
2.利用绝缘SrTiO3层制备的增强型异质结中获得实验结果的表明，其电阻变换效应也包括材料本身电阻的变化。这清楚说明，跨越界面的载流子停留在界面另一侧的材料内部而影响了界面势垒和材料本身电阻的变化；
3.利用外延薄膜得到证据说明，电阻变换效应与载流子的本征行为有关而且依赖于参与过程的载流子数量，而异质界面在稳定氧化物器件电阻变换行为方面起到了关键性的作用；
4.脱氧CeO2的结果说明，其可以看作n型氧化物半导体材料并与导电电极形成界面势垒。该异质结构样品的结果类似于异质结的行为并进一步证实，电阻变换效应与载流子跨越界面行为相联系；
5.绝缘CeO2的结果说明，绝缘异质界面势垒在产生和稳定氧化物器件电阻变换行为方面起到了关键性的作用；
6.脱氧YBa2cu3O7-δ异质结的超导转变温度可以通过电场调节，这再一次证实电阻变换效应与载流子跨越界面相联系，而且跨越界面的载流子停留在界面另一侧的材料内部而影响了材料的本征性质和界面势垒变化；
7.多个实验事实均说明，缺陷、位错和氧空位扩散不是氧化物器件电阻变换行为的主要驱动机制。在系统实验结果的基础上提出了自束缚载流子机制来理解氧化物器件电阻变换行为。通过物理分析来说明，自束缚载流子在强关联材料中的产生是可以理解的；
8.提出了对于氧化物电子学的简单预期。