中科院物理所超高密度信息存储材料研究获系列进展

日期 2005-11-30　来源：中科院网站　作者：　【大中小】　【打印】　【关闭】

　　近日，中国科学院物理所纳米物理与器件实验室高鸿钧研究组及其合作者，在纳米信息存储材料与稳定重复的超高密度信息存储研究方面取得了一系列进展。首次在Rotaxane分子固态薄膜中实现了分子导电性的转变和超高密度信息存储，为超高密度信息存储研究提供了一类新型的材料，结果发表在J.Am.Chem.Soc.[127, 15338(2005)]。设计合成了一类物理化学性质稳定、具有强电子给体和受体的有机分子TDMEE，为分子电子器件的材料设计和结构控制提供了一条新思路，结果发表在Advanced Materials [17, 2170(2005)]。　　不断完善纳米信息存储材料的功能是当今信息科学的重要研究方向。这类材料需具备更高的存储密度、更快的开关速度以及更高的稳定性和重复性。其中，对有机功能纳米材料及其纳米级电导相变研究，因其独特的结构和电光可控等优异特性而倍受人们的关注。物理所高鸿钧研究组与化学所有机固体院重点实验室宋延林研究员和张德清研究员等合作, 近年来对信息功能材料进行了系统地探索，致力于设计具有优良结构与特性的有机分子，研究分子组装、有机/无机复合薄膜的纳秒级电导转变、高稳定性和重复性以及潜在的超高密度信息存储。　　Rotaxane分子的特殊结构可以使其在溶液中发生可逆的分子构型改变，即具有结构双稳态特性，从而导致电学特性的转变，即：绝缘态和导电态之间的可逆转变。但是，这类特殊分子在形成固体薄膜后的电学特性是否与在溶液中一样是一个倍受关注的问题。高鸿钧研究组丰敏等与张德清研究员等合作，首次报道了在Rotaxane分子固态薄膜中实现了分子导电性的转变和超高密度信息存储。通过STM针尖在Rotaxane分子薄膜上施加电压脉冲，在分子尺度上诱导了两个数量级的导电特性转变，在薄膜上重复记录了尺寸为3-4nm的信息点。研究还发现了Rotaxane分子具有非常稳定的电导相变特性。这些结果一方面显示了Rotaxane这种有机功能分子在固体中也同样具有可逆电导转变特性，另一方面为超高密度信息存储研究提供了一类新型的材料。部分结果发表在近期的J. Am. Chem. Soc. [127, 15338(2005)]上。同时，11月17日的Nature Materials对这一工作作为亮点进行了报导并给予了高度评价。　　他们与宋延林组在多年合作的基础上，新近设计合成了一类物理化学性质稳定、具有强电子给体和受体的有机分子TDMEE。他们采用真空沉积的方法，成功地制备出给体-受体反平行规整排列的晶态薄膜，并系统地研究了TDMEE的薄膜生长特性和纳米点信息存储特性。初步的理论研究结果表明：信息点的产生主要来源于外电压诱导的分子间电荷转移导致的导电性的改变，薄膜中分子有序的给体-受体反平行排列，有利于这种电荷转移。这一结果为分子电子器件的材料设计和结构控制提供了一条新思路。相关研究结果发表在近期的Advanced Materials [17, 2170(2005)]上。　　此外，高鸿钧研究组刘飞等对高定向磁性金属纳米阵列的制备方法和结构特性进行了探索研究。Fe3O4具有特殊的半金属铁磁特性，在高密度信息存储、催化剂、生物制药和化学传感器等领域有很大的应用价值，是最受关注的磁性纳米材料之一。他们利用等离子体溅射α－Fe2O3基底的方法，在未使用任何模板和催化剂的条件下，第一次成功地制备了大面积高定向的一维Fe3O4“纳米金字塔”阵列；制得的新型Fe3O4纳米层状结构是垂直于基底沿着 [001]方向生长、平均长度为3 μm，直径约为200 nm的反尖晶石单晶结构；饱和磁化强度为 52.5 emu/g，矫顽力为79.0 Oe，比块体材料略有下降。同时，他们给出了这种新奇纳米金字塔结构可能的生长过程和形成机理。这种等离子体溅射生长大面积Fe3O4“纳米金字塔”结构的方法及其奇特的纳米层状结构的获得对高密度信息存储和纳米结构的磁性研究具有重要意义。部分结果发表在 Advanced Materials [17,1893(2005)]上。　　该项目得到了国家自然科学基金委、国家科技部和中国科学院的大力支持。