Fotokrome vismutkomplekser viser et stort løfte for optiske hukommelseselementer

Russiske kemikere har fået et nyt fotokromt kompleks bestående af vismut (III) og viologenkationer og brugt den nye forbindelse til at skabe optiske hukommelseselementer, som viste sig at være yderst effektive og stabile. Resultaterne af undersøgelsen kan tjene til at udvide sortimentet af mikroelektronikkomponenter i fremtiden. Forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Kemisk kommunikation .

Moderne hukommelsesenheder, såsom hukommelseskort og SSD -drev, er baseret på elektriske afbrydere kendt som transistorer, som kan danne to kvasi-stabile elektriske tilstande på grund af tilstedeværelsen af ​​yderligere komponenter, der er i stand til at akkumulere og lagre elektrisk ladning. Værdien af ​​denne ladning muliggør eller deaktiverer elektrisk strøm gennem transistor ved en bestemt læsespænding. I hukommelseselementer, den høje strøm eller "åben" og lav strøm eller "lukket" tilstande svarer til logik et og logisk nul, henholdsvis, eller omvendt. For at skrive eller slette en smule oplysninger, transistoren skal skifte fra den ene tilstand til den anden. I tilfælde af fotokromiske materialer, dvs. materialer, der ændrer farve, når de udsættes for lys, skiftet kræver en lyspuls og, ret ofte, superposition af det elektriske felt, også.

Viologenkationer består af to sammenkædede aromatiske pyridinringe (C ₁₀ H ₈ N ₂ R ₂ ) ₂ ⁺ med to substituenter (R) ved nitrogenatomerne. Nogle halogenidmetal- og viologenkomplekser, dvs. dem, der indeholder elementer fra den syvende gruppe i det periodiske system (F, Cl, Br, og jeg), kan ændre farve, når de udsættes for lys. Disse forbindelser har endnu ikke fundet anvendelse inden for elektronik trods deres meget tiltalende optoelektroniske egenskaber. For første gang nogensinde, en gruppe forskere fra Skolkovo Institute of Science and Technology (Moskva), Institut for Problemer med Kemisk Fysik i RAS (Chernogolovka) og Nikolaev Institut for Uorganisk Kemi i SB RAS (Novosibirsk), ledet af Skoltech -professor Pavel Troshin, har designet et lysfølsomt vismutskompleks med optimale egenskaber og demonstreret, at det kan bruges som en avanceret, optisk udløst materiale til hukommelsesenheder.

"Tidligere, vi viste udsigterne til at bruge organiske fotokromiske materialer i fotoswitchbare felt-effekt-transistorer og optiske hukommelseselementer. For nylig, vi undersøgte en række dihetarylethenderivater og etablerede meget vigtige sammenhænge mellem deres struktur og egenskaber. I den aktuelle undersøgelse, vi har taget et skridt fremad på denne forskningsvej ved at bruge metalforbindelser i optiske switche og hukommelseselementer, "forklarer Lyubov Frolova, seniorforsker ved Skoltech.

Forskerne samlede organiske felt-effekt-transistorer med et ekstra lysfølsomt lag lavet af bismuthkomplekset med viologenkationer. Som et mellemliggende fremstillingstrin i enheden, komplekset blev krystalliseret som en film fra en opløsning på et dielektrisk aluminiumoxidlag. Forskerne fandt ud af, at enheden kan "programmeres" ved samtidig påført lyspuls og elektrisk bias mellem enhedens elektroder, hvilket resulterer i, at enheden skifter mellem to eller flere kvasi-stabile elektriske tilstande. At have flere tilstande i transistoren åbner store muligheder for at oprette multi-bit hukommelseselementer til dataoptagelse med høj densitet.

Strømmen, der løber gennem transistorkanalen, kan moduleres 100 gange på et halvt sekund og med 10, 000 gange i flere titalls sekunder med programmering. Dette tal peger på høj effektivitet af enhederne, der matcher egenskaberne ved de hidtil bedste organiske lysfølsomme felt-effekt-transistorer. Forfatterne antager, at deres enheder vil have langsigtet datalagringskapacitet og vil kunne modstå mange skrive-læse-slette-cykler. Den nylige forskning har vist deres stabile drift i over 200 cykler.