化学所等在有机超高密度信息存储材料研究领域获进展

具有强电子给受体结构的有机功能材料往往具有独特的光电性能，并可以通过给受体基团的控制实现对分子能级的有效调节。近年来针对给-受体型电荷转移分子在有机存储器件、太阳能电池、场效应晶体管等领域的研究受到广泛关注。

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，中科院化学所有机固体和新材料实验室的科研人员从分子设计的角度出发，研究制备了一系列具有强电子给、受体的有机分子，通过调控给、受体在分子骨架中的位置，发现不同的分子结构对存储器件开关比及读写可逆性等存储关键性质具有重要影响(J. Am. Chem. Soc.2007, 129, 11674；Adv. Funct. Mater.2010, 20, 803-810)。

他们对这类具有电子给-受体型有机分子及高分子的信息存储特性及器件开展了系统研究（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），并应邀撰写Future Article (J. Mater. Chem., 2011, 21, 3522–3533) 和出版了专著（High Density Data Storage: Principle, Technology and Materials, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2009）。

在以上研究工作基础上，他们与北京大学裴坚教授等合作，设计合成了一类包含三聚茚及三苯胺的新型电荷转移分子薄膜存储体系。研究了光电协同效应对给-受体型的电荷转移分子的存储性能的影响。实验结果表明，光电协同效应能够有效提高纳米尺度信息存储的开关比。进一步利用扫描隧道显微技术成功写入纳米尺度的信息点，并可通过调控外光场、扫描偏压等存储参数，实现对信息点显现和隐藏的可逆操纵。这一结果为设计高信噪比信息存储材料和信息加密器件提供了新思路，相关工作被选为J. Mater. Chem.杂志Organic Optoelectronic Materials特别专辑的封面论文(J. Mater. Chem.,2012,22, 4299-4305，图1)。

图1.J. Mater. Chem.“Organic Optoelectronic Materials”专辑的封面

除了利用STM技术实现纳米尺度超高密度信息存储外，探索提高单个存储单元的存储维度，也是实现高密度信息存储的重要发展方向。最近，他们利用这一类新型电荷转移分子，构筑了三明治型结构的存储器件，并利用光电协同作用实现了多位信息存储(图2)。在暗条件下,存储器件具有高低电导态之间写-读-擦的双稳态存储性能；而在紫外光照射协同作用下，扫描电流电压曲线过程会出现一个存储中间电导态(图3)。光电协同的作用可以使存储器件在“0,1,2”三种电导状态间相互转变，从而实现了多比特高密度信息存储的性能。他们还与帅志刚教授等合作，系统地讨论了实现多比特存储的机理，为未来新型存储材料的发展提供了思路和基础。有关工作发表在近日的美国化学会志上(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20053–20059)。

图2 利用光电协同作用实现多位信息存储器件在“0，1，2”三态之间转变示意图

图3 存储器件I-V特性曲线：(a)暗条件下双稳态的写-读-擦的存储性能；(b) 紫外光照下存储器件的I-V曲线出现一个中间电导状态。