Unter Schaltvorgängen (switching) versteht man in funktionalen Festkörpern die reversible Änderung eines Ordnungs- oder Transportzustands unter äußerer Anregung, typischerweise durch elektrische Felder, Ströme oder optische Pulse. Diese Vorgänge sind grundlegend für nichtflüchtige Speicher, Logikbauelemente und neuromorphe Systeme.

Ein zentrales Beispiel ist das resistive Schalten, bei dem der elektrische Widerstand zwischen einem hochohmigen und einem niederohmigen Zustand wechselt. Dies kann über filamentäres Schalten (Bildung/Auflösung leitender Filamente, z. B. durch Ionenmigration oder Redoxprozesse) oder über homogene, memristive Mechanismen (feldinduzierte Modulation der Ladungsträgerdichte oder Defektkonzentration) erfolgen.

In ferroelektrischen Materialien bezeichnet Polarisationsumschaltung das feldinduzierte Umklappen der spontanen elektrischen Polarisation. Mikroskopisch beruht dies auf Domänenschaltung, also der Nukleation und Bewegung von Domänengrenzen zwischen unterschiedlich orientierten ferroelektrischen Bereichen. Analog existiert in ferro- und ferrimagnetischen Systemen die feldinduzierte Umschaltung der Magnetisierung.

All-optisches Schalten nutzt ultrakurze Laserpulse zur Änderung von Leitfähigkeit, Magnetisierung oder Brechungsindex ohne direkten elektrischen Kontakt. Dies ermöglicht extrem hohe Schaltgeschwindigkeiten bis in den Femtosekundenbereich.

Wesentliche Kenngrößen von Schaltprozessen sind Schaltfeld bzw. -leistung, Geschwindigkeit, Zyklusstabilität (Endurance), Retention, Skalierbarkeit sowie die Variabilität zwischen Zyklen und Bauelementen. Das gezielte Verständnis der zugrundeliegenden Ionen-, Elektronen- und Domänendynamik ist entscheidend für das Design zuverlässiger, energieeffizienter Schaltbauelemente der nächsten Generation.