化學所等在有機超高密度信息存儲材料研究領域獲進展

　　具有強電子給受體結構的有機功能材料往往具有獨特的光電性能，并可以通過給受體基團的控制實現對分子能級的有效調節。近年來針對給-受體型電荷轉移分子在有機存儲器件、太陽能電池、場效應晶體管等領域的研究受到廣泛關注。

　　在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的支持下，中科院化學所有機固體和新材料實驗室的科研人員從分子設計的角度出發，研究制備了一系列具有強電子給、受體的有機分子，通過調控給、受體在分子骨架中的位置，發現不同的分子結構對存儲器件開關比及讀寫可逆性等存儲關鍵性質具有重要影響 (J. Am. Chem. Soc.2007, 129, 11674;Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 803-810)。

　　他們對這類具有電子給-受體型有機分子及高分子的信息存儲特性及器件開展了系統研究(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)，并應邀撰寫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上，他們與北京大學裴堅教授等合作，設計合成了一類包含三聚茚及三苯胺的新型電荷轉移分子薄膜存儲體系。研究了光電協同效應對給 -受體型的電荷轉移分子的存儲性能的影響。實驗結果表明，光電協同效應能夠有效提高納米尺度信息存儲的開關比。進一步利用掃描隧道顯微技術成功寫入納米尺度的信息點，并可通過調控外光場、掃描偏壓等存儲參數，實現對信息點顯現和隱藏的可逆操縱。這一結果為設計高信噪比信息存儲材料和信息加密器件提供了新思路，相關工作被選為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)。

　　除了利用STM技術實現納米尺度超高密度信息存儲外，探索提高單個存儲單元的存儲維度，也是實現高密度信息存儲的重要發展方向。最近，他們利用這一類新型電荷轉移分子，構筑了三明治型結構的存儲器件，并利用光電協同作用實現了多位信息存儲(圖2)。在暗條件下,存儲器件具有高低電導態之間寫-讀-擦的雙穩態存儲性能;而在紫外光照射協同作用下，掃描電流電壓曲線過程會出現一個存儲中間電導態(圖3)。光電協同的作用可以使存儲器件在“0,1,2”三種電導狀態間相互轉變，從而實現了多比特高密度信息存儲的性能。他們還與帥志剛教授等合作，系統地討論了實現多比特存儲的機理，為未來新型存儲材料的發展提供了思路和基礎。有關工作發表在近日的美國化學會志上 (J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20053–20059)。

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

圖2 利用光電協同作用實現多位信息存儲器件在“0，1，2”三態之間轉變示意圖

圖3 存儲器件I-V特性曲線：(a)暗條件下雙穩態的寫-讀-擦的存儲性能;(b) 紫外光照下存儲器件的I-V曲線出現一個中間電導狀態。