多场协同调控功能有机分子的高密度信息存储研究

信息存储需求的日益增加使得研究信息存储技术与信息存储材料具有较高理论意义和重要应用前景。近年来，基于 SPM 的超高密度存储技术成为当前信息技术中非常活跃的研究领域。目前研究的存储材料只对特定外场做出特定相应（电、光双稳态特性），而对多种外场刺激做出同一或多重响应的信息存储材料因其可实现高密度存储、保密存储和无损的信息处理与传输而成为一个极具发展潜力的课题。本项目将设计合成具有多场协同调控存储性能的新型有机功能分子，研究其化学结构和性能之间的关系。重点开展多场调控或协同调控信息存储的研究，发展一批具有多场协同调控功能的材料，研究多场协同调控性和保密性特点并发展相关的理论，为发展新一代存储技术和存储器件打下基础。

高密度信息存储是目前广泛研究的热点之一，它的发展依赖于存储材料、存储机理和存储技术等方面的共同发展。本项目设计合成具有多场协同调控存储性能的新型有机功能分子，研究其化学结构和性能之间的关系。首先设计合成了具有推拉电子基团的螺吡喃衍生物APSBP，该材料具有可逆的光致变色行为，能够用作光存储材料。利用 STM 技术在 APSBP 薄膜上实现纳米尺寸信息点的写入、擦除和原位再次写入，该结果具有良好的重复性和稳定性，即该分子能够被用做电学信息存储材料。光电共同调控，实现了可逆性好的宏观电学开关性质。实验和理论分析表明，光电刺激下的开闭环反应和电荷转移是 APSBP 发生可逆光电响应的原因。其次，将推拉电子基团引入有机分子，设计并合成了DMM，通过在STM针尖和HOPG衬底间施加脉冲电压，在DMM薄膜上实现了纳米信息点的写入。理论计算表明，形成信息点的原因是分子间电荷的转移。本工作为进一步通过基团优化开发设计可逆的超高密度信息存储材料提供了新的思路。最后，研究了两种 D-π-A 型含氮有机分子DMTA和BSPYM的外场响应特性。前者的紫外－可见吸收光谱可由酸碱可逆调控，同时其宏观电学性质也随之发生改变。后者的固体表面浸润性的行为可由pH 调控，分析证明，N 的质子化引起分子极性和表面自由能的改变，导致其浸润性发生变化。这两种分子在响应性浸润性、pH 调控分子开关、多功能信息存储等方面具有应用前景。本项目研究成果表明，将推拉电子基团引入有机分子，可使其用于多场调控或协同调控信息存储的研究，具有合适的共轭性以及电荷稳定因素的材料有助于实现高开关比的可逆信息存储。