探索未來的資料儲存技術- 科學家在超分子化學領域取得的突破
科學家們開發出了創新性的超分子憶阻器奈米RRAM,展示了快速電阻切換和非揮發性儲存能力。這項突破為先進的資料儲存技術鋪平了道路,標誌著在滿足大數據和人工智慧時代的需求方面邁出了重要一步。
在大數據和先進的人工智慧時代,傳統的資料儲存方法已顯得力不從心。為了滿足對大容量和高能源效率儲存解決方案的需求,開發新一代技術至關重要。
其中,電阻式隨機存取記憶體(RRAM)依賴改變電阻水平來儲存資料。最近發表在《Angewandte Chemie》雜誌上的一項研究詳細介紹了一個研究小組的工作,他們開創了一種製造超分子憶阻器的方法,而憶阻器是構建奈米隨機存取記憶體的關鍵部件之一。
憶阻器(memristor,memory-resistor的縮寫)會根據施加的電壓改變電阻。然而,在分子尺度上建構憶阻器是一項巨大的挑戰。雖然可以透過氧化還原反應來實現電阻切換,而且分子的帶電狀態很容易透過溶液中的反離子來穩定,但這種穩定在憶阻器所需的固態結中卻很難實現。
現在,中國北京清華大學李原領導的研究小組選擇了超分子方法。它是基於一種雙穩態的索烴,這意味著它在氧化態和還原態都很穩定,可以以正電、負電或不帶電的狀態存在。索烴是由兩個大分子環組成的系統,這兩個環就像鏈條中的兩個鏈節一樣環環相扣,但沒有化學鍵。
為了建構憶阻器,研究小組將索烴沉積在塗有含硫化合物的金電極上,透過靜電作用將其結合在一起。在此基礎上,他們又放置了第二個電極,由塗有氧化鎵的鎵銦合金製成。索烴在兩個電極之間形成了一個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。這些新型超分子憶阻器可根據外加電壓在高阻態(關)和低阻態(開)之間切換。這些分子電阻開關實現了至少1000 次擦除-讀取(開)-寫入-讀取(關)循環。接通與斷開之間的切換時間大大小於一毫秒,可與商用無機憶阻器媲美。
分子開關可在幾分鐘內”記住”設定狀態- 開或關。這使它們成為具有非揮發性儲存能力的高效分子憶阻器的一個非常有前途的起點。此外,它們還具有二極體或整流器的功能,這使它們成為開發分子奈米憶阻器的有趣元件。