Wetenschappers hebben een innovatieve supramoleculaire memristor nano-RRAM ontwikkeld, die snelle resistieve schakelingen en niet-vluchtige opslagmogelijkheden demonstreert. Deze doorbraak maakt de weg vrij voor geavanceerde dataopslagtechnologie en markeert een belangrijke stap in het voldoen aan de behoeften van het tijdperk van big data en kunstmatige intelligentie.

In het tijdperk van big data en geavanceerde kunstmatige intelligentie zijn traditionele methoden voor gegevensopslag ontoereikend geworden. Om aan de vraag naar energie-efficiënte opslagoplossingen met hoge capaciteit te voldoen, is het van cruciaal belang om technologieën van de volgende generatie te ontwikkelen.

Onder hen vertrouwt resistief willekeurig toegankelijk geheugen (RRAM) op veranderende weerstandsniveaus om gegevens op te slaan. Een recente studie gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie beschrijft het werk van een team van onderzoekers die pionierden in een methode om supramoleculaire memristors te creëren, een van de belangrijkste componenten bij het bouwen van willekeurig toegankelijke herinneringen op nanoschaal.

Een memristor (afkorting van memory-resistor) verandert de weerstand als reactie op een aangelegde spanning. Het bouwen van memristors op moleculaire schaal is echter een enorme uitdaging. Hoewel resistief schakelen kan worden bereikt via redoxreacties, en de geladen toestand van het molecuul gemakkelijk kan worden gestabiliseerd door tegenionen in oplossing, is deze stabilisatie moeilijk te bereiken in de vaste-stofovergangen die nodig zijn voor memristors.

Nu heeft een onderzoeksteam onder leiding van Yuan Li van de Tsinghua Universiteit in Beijing, China, gekozen voor een supramoleculaire aanpak. Het is gebaseerd op een bistabiele catenan, wat betekent dat het stabiel is in zowel de geoxideerde als de gereduceerde toestand en kan bestaan ​​in een positieve, negatieve of ongeladen toestand. Catenanen zijn systemen van twee macromoleculaire ringen die in elkaar grijpen als twee schakels in een ketting, maar zonder chemische bindingen.

Om de memristor te bouwen, plaatste het team catenanen op gouden elektroden bedekt met zwavelhoudende verbindingen, en bond ze aan elkaar via elektrostatische interacties. Daarbovenop plaatsten ze een tweede elektrode gemaakt van een gallium-indiumlegering bedekt met galliumoxide. Catane vormt een zelf-samengestelde monolaag van platte moleculen tussen twee elektroden. Deze combinatie, genaamd AuTS-S-(CH2)3-SO3-Na+//[2]catenane//Ga2O3/EGaIn, vormt een memristor.

Zoals vereist door RRAM. Deze nieuwe supramoleculaire memristors kunnen schakelen tussen een toestand met hoge weerstand (uit) en een toestand met lage weerstand (aan) als reactie op een aangelegde spanning. Deze moleculaire resistieve schakelaars bereiken minimaal 1.000 wis-lees (aan)-schrijf-lees (uit) cycli. De schakeltijd tussen aan en uit bedraagt ​​aanzienlijk minder dan één milliseconde, wat vergelijkbaar is met commerciële anorganische memristors.

Moleculaire schakelaars ‘onthouden’ binnen enkele minuten hun ingestelde status – aan of uit. Dit maakt ze tot een veelbelovend startpunt voor efficiënte moleculaire memristors met niet-vluchtige opslagmogelijkheden. Bovendien functioneren ze ook als diodes of gelijkrichters, wat ze interessante componenten maakt voor de ontwikkeling van moleculaire nanomemristors.