清華大學(xué)研究小組開發(fā)出了創(chuàng)新性的超分子憶阻器納米R(shí)RAM

在大數(shù)據(jù)和先進(jìn)的人工智能時(shí)代，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法已顯得力不從心。為了滿足對大容量和高能效存儲(chǔ)解決方案的需求，開發(fā)新一代技術(shù)至關(guān)重要。

其中，電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RRAM）依靠改變電阻水平來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。最近發(fā)表在《Angewandte Chemie》雜志上的一項(xiàng)研究詳細(xì)介紹了清華大學(xué)李原領(lǐng)導(dǎo)的研究小組的工作，他們開創(chuàng)了一種制造超分子憶阻器的方法，而憶阻器是構(gòu)建納米隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的關(guān)鍵部件之一。

憶阻器（memristor，memory-resistor的縮寫）會(huì)根據(jù)施加的電壓改變電阻。然而，在分子尺度上構(gòu)建憶阻器是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。雖然可以通過氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)電阻切換，而且分子的帶電狀態(tài)很容易通過溶液中的反離子來穩(wěn)定，但這種穩(wěn)定在憶阻器所需的固態(tài)結(jié)中卻很難實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)在，中國北京清華大學(xué)李原領(lǐng)導(dǎo)的研究小組選擇了超分子方法。它基于一種雙穩(wěn)態(tài)的索烴，這意味著它在氧化態(tài)和還原態(tài)都很穩(wěn)定，可以以正電、負(fù)電或不帶電的狀態(tài)存在。索烴是由兩個(gè)大分子環(huán)組成的系統(tǒng)，這兩個(gè)環(huán)就像鏈條中的兩個(gè)鏈節(jié)一樣環(huán)環(huán)相扣，但沒有化學(xué)鍵。

為了構(gòu)建憶阻器，研究小組將索烴沉積在涂有含硫化合物的金電極上，通過靜電作用將其結(jié)合在一起。在此基礎(chǔ)上，他們又放置了第二個(gè)電極，該電極由涂有氧化鎵的鎵銦合金制成。索烴在兩個(gè)電極之間形成了一個(gè)由扁平分子組成的自組裝單層。這種被命名為 AuTS-S-（CH2）3-SO3-Na+//［2］catenane//Ga2O3/EGaIn 的組合形成了憶阻器。

正如 RRAM 所要求的那樣。這些新型超分子憶阻器可根據(jù)外加電壓在高阻態(tài)（關(guān)）和低阻態(tài)（開）之間切換。這些分子電阻開關(guān)實(shí)現(xiàn)了至少 1000 次擦除-讀?。ㄩ_）-寫入-讀?。P(guān)）循環(huán)。接通和斷開之間的切換時(shí)間大大小于一毫秒，可與商用無機(jī)憶阻器媲美。

分子開關(guān)可在幾分鐘內(nèi)“記住”設(shè)定狀態(tài) - 開或關(guān)。這使它們成為具有非易失性存儲(chǔ)能力的高效分子憶阻器的一個(gè)非常有前途的起點(diǎn)。此外，它們還具有二極管或整流器的功能，這使它們成為開發(fā)分子納米憶阻器的有趣元件。