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，并可以通過給受體基團(tuán)的控制實(shí)現(xiàn)對分子能級的有效調(diào)節(jié)。近年來針對給-受體型電荷轉(zhuǎn)移分子在有機(jī)存儲器件、太陽能電池、場效應(yīng)晶體管等領(lǐng)域的研究受到廣泛關(guān)注。

在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的支持下，中科院化學(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)對存儲器件開關(guān)比及讀寫可逆性等存儲關(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)。

他們對這類具有電子給-受體型有機(jī)分子及高分子的信息存儲特性及器件開展了系統(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)移分子薄膜存儲體系。研究了光電協(xié)同效應(yīng)對給-受體型的電荷轉(zhuǎn)移分子的存儲性能的影響。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的開關(guān)比。進(jìn)一步利用掃描隧道顯微技術(shù)成功寫入納米尺度的信息點(diǎn)，并可通過調(diào)控外光場、掃描偏壓等存儲參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對信息點(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外，探索提高單個存儲單元的存儲維度，也是實(shí)現(xiàn)高密度信息存儲的重要發(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)的存儲器件，并利用光電協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)了多位信息存儲(圖2)。在暗條件下,存儲器件具有高低電導(dǎo)態(tài)之間寫-讀-擦的雙穩(wěn)態(tài)存儲性能；而在紫外光照射協(xié)同作用下，掃描電流電壓曲線過程會出現(xiàn)一個存儲中間電導(dǎo)態(tài)(圖3)。光電協(xié)同的作用可以使存儲器件在“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)多比特存儲的機(jī)理，為未來新型存儲材料的發(fā)展提供了思路和基礎(chǔ)。有關(guān)工作發(fā)表在近日的美國化學(xué)會志上(J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 20053–20059)。

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

圖3 存儲器件I-V特性曲線：(a)暗條件下雙穩(wěn)態(tài)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(xiàn)一個中間電導(dǎo)狀態(tài)。