世紀(jì)新能源網(wǎng)消息：近日，中科院化學(xué)所在有機(jī)超高密度信息存儲(chǔ)材料研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展：具有強(qiáng)電子給受體結(jié)構(gòu)的有機(jī)功能材料往往具有獨(dú)特的光電性能，并可以通過(guò)給受體基團(tuán)的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)分子能級(jí)的有效調(diào)節(jié)。近年來(lái)針對(duì)給-受體型電荷轉(zhuǎn)移分子在有機(jī)存儲(chǔ)器件、太陽(yáng)能電池、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等領(lǐng)域的研究受到廣泛關(guān)注。

在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中國(guó)科學(xué)院的支持下，化學(xué)所有機(jī)固體和新材料實(shí)驗(yàn)室的科研人員從分子設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，研究制備了一系列具有強(qiáng)電子給、受體的有機(jī)分子，通過(guò)調(diào)控給、受體在分子骨架中的位置，發(fā)現(xiàn)不同的分子結(jié)構(gòu)對(duì)存儲(chǔ)器件開(kāi)關(guān)比及讀寫(xiě)可逆性等存儲(chǔ)關(guān)鍵性質(zhì)具有重要影響 (J. Am. Chem. Soc.2007, 129, 11674；Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 803-810)。他們對(duì)這類具有電子給-受體型有機(jī)分子及高分子的信息存儲(chǔ)特性及器件開(kāi)展了系統(tǒng)研究（J. Phys. Chem. C 2009, 113, 8548-8552；Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 163309； Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 213305；Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 253304），并應(yīng)邀撰寫(xiě)Future Article (J. Mater. Chem., 2011, 21, 3522–3533) 和出版了專著（High Density Data Storage: Principle, Technology and Materials, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2009）。

在以上研究工作基礎(chǔ)上，他們與北京大學(xué)裴堅(jiān)教授等合作，設(shè)計(jì)合成了一類包含三聚茚及三苯胺的新型電荷轉(zhuǎn)移分子薄膜存儲(chǔ)體系。研究了光電協(xié)同效應(yīng)對(duì)給-受體型的電荷轉(zhuǎn)移分子的存儲(chǔ)性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明光電協(xié)同效應(yīng)能夠有效提高納米尺度信息存儲(chǔ)的開(kāi)關(guān)比。進(jìn)一步利用掃描隧道顯微技術(shù)成功寫(xiě)入納米尺度的信息點(diǎn)，并可通過(guò)調(diào)控外光場(chǎng)、掃描偏壓等存儲(chǔ)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息點(diǎn)顯現(xiàn)和隱藏的可逆操縱。這一結(jié)果為設(shè)計(jì)高信噪比信息存儲(chǔ)材料和信息加密器件提供了新思路，相關(guān)工作被選為J. Mater. Chem.雜志 “Organic Optoelectronic Materials” 特別專輯的封面論文 (J. Mater. Chem., 2012, 22, 4299-4305，圖1)。

圖1. J. Mater. Chem. “Organic Optoelectronic Materials”專輯的封面

除了利用STM技術(shù)實(shí)現(xiàn)納米尺度超高密度信息存儲(chǔ)外，探索提高單個(gè)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)維度，也是實(shí)現(xiàn)高密度信息存儲(chǔ)的重要發(fā)展方向。最近，他們利用這一類新型電荷轉(zhuǎn)移分子，構(gòu)筑了三明治型結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)器件，并利用光電協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)了多位信息存儲(chǔ)(圖2)。在暗條件下,存儲(chǔ)器件具有高低電導(dǎo)態(tài)之間寫(xiě)-讀-擦的雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)性能；而在紫外光照射協(xié)同作用下，掃描電流電壓曲線過(guò)程會(huì)出現(xiàn)一個(gè)存儲(chǔ)中間電導(dǎo)態(tài)(圖3)。光電協(xié)同的作用可以使存儲(chǔ)器件在“0,1,2”三種電導(dǎo)狀態(tài)間相互轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)了多比特高密度信息存儲(chǔ)的性能。他們還與帥志剛教授等合作，系統(tǒng)地討論了實(shí)現(xiàn)多比特存儲(chǔ)的機(jī)理，為未來(lái)新型存儲(chǔ)材料的發(fā)展提供了思路和基礎(chǔ)。有關(guān)工作發(fā)表在近日的美國(guó)化學(xué)會(huì)志上 (J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20053–20059)。

圖2 利用光電協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)多位信息存儲(chǔ)器件在“0，1，2”三態(tài)之間轉(zhuǎn)變示意圖

圖3 存儲(chǔ)器件I-V特性曲線：(a)暗條件下雙穩(wěn)態(tài)的寫(xiě)-讀-擦的存儲(chǔ)性能；(b) 紫外光照下存儲(chǔ)器件的I-V曲線出現(xiàn)一個(gè)中間電導(dǎo)狀態(tài)。