图 分子晶体忆阻器的结构、机制与功能集成
在国家自然科学基金项目（批准号：22350003、22535004、U22A20137、U21A2069）的资助下，华中科技大学翟天佑团队在分子晶体忆阻器方面取得进展，相关成果以“分子晶体忆阻器（Molecular Crystal Memristors）”为题，于2025年9月17日发表在《自然 纳米技术》（Nature Nanotechnology）杂志上，论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-025-02013-z。
忆阻器作为实现高效能存储与类脑计算的重要硬件载体，有望推动计算技术革新。然而，基于氧化物或二维材料等的原子晶体忆阻器因阻变功能层材料在离子迁移过程中的结构易破坏，导致材料易劣化、器件稳定性差、循环寿命短等瓶颈问题。
针对这一难题，上述研究团队引入一种无机分子晶体，通过构建范德华离子迁移通道实现忆阻器各项性能的大幅提升。这种无机分子晶体由Sb4O6分子笼单元组成，分子笼通过范德华力相互连接，形成高度有序且均一的分子间隙。这些间隙为Ag+离子提供了天然的迁移通道，使离子传导主要受弱范德华作用调控，从而显著降低了迁移能垒（0.41 eV），避免了晶格损伤并提升了器件稳定性。该忆阻器实现了接近理论极限的超低开关能耗（26 zJ）和超过109次的循环耐久性。此外，器件尺寸可从微米尺度微缩至纳米量级。研究团队进一步在8英寸晶圆上构筑了大规模交叉阵列，同时将其集成至单片CMOS芯片，用于实现储备池计算。在动态视觉识别任务中达到100%准确率，展示了分子晶体忆阻器在类脑计算中的应用前景。