Wissenschaftler haben ein innovatives supramolekulares Memristor-Nano-RRAM entwickelt, das schnelles Widerstandsschalten und nichtflüchtige Speicherfähigkeiten demonstriert. Dieser Durchbruch ebnet den Weg für fortschrittliche Datenspeichertechnologie und markiert einen wichtigen Schritt, um den Anforderungen des Zeitalters von Big Data und künstlicher Intelligenz gerecht zu werden.
Im Zeitalter von Big Data und fortschrittlicher künstlicher Intelligenz sind herkömmliche Methoden zur Datenspeicherung nicht mehr ausreichend. Um die Nachfrage nach leistungsstarken und energieeffizienten Speicherlösungen zu decken, ist die Entwicklung von Technologien der nächsten Generation von entscheidender Bedeutung.
Unter ihnen basiert der Resistive Random Access Memory (RRAM) auf sich ändernden Widerstandsniveaus, um Daten zu speichern. Eine kürzlich in der Zeitschrift Angewandte Chemie veröffentlichte Studie beschreibt detailliert die Arbeit eines Forscherteams, das eine Methode zur Herstellung supramolekularer Memristoren entwickelt hat, einer der Schlüsselkomponenten beim Aufbau nanoskaliger Direktzugriffsspeicher.
Ein Memristor (kurz für Memory-Resistor) ändert seinen Widerstand als Reaktion auf eine angelegte Spannung. Der Bau von Memristoren auf molekularer Ebene ist jedoch eine große Herausforderung. Während durch Redoxreaktionen ein Widerstandsschalten erreicht werden kann und der geladene Zustand des Moleküls durch Gegenionen in Lösung leicht stabilisiert werden kann, ist diese Stabilisierung bei den für Memristoren erforderlichen Festkörperübergängen schwer zu erreichen.
Nun hat sich ein Forschungsteam unter der Leitung von Yuan Li an der Tsinghua-Universität in Peking, China, für einen supramolekularen Ansatz entschieden. Es basiert auf einem bistabilen Catenan, was bedeutet, dass es sowohl im oxidierten als auch im reduzierten Zustand stabil ist und in einem positiven, negativen oder ungeladenen Zustand existieren kann. Catenane sind Systeme aus zwei makromolekularen Ringen, die wie zwei Glieder einer Kette ineinandergreifen, jedoch ohne chemische Bindungen.
Um den Memristor zu bauen, lagerte das Team Catenane auf mit schwefelhaltigen Verbindungen beschichteten Goldelektroden ab und verband sie durch elektrostatische Wechselwirkungen miteinander. Darüber platzierten sie eine zweite Elektrode aus einer mit Galliumoxid beschichteten Gallium-Indium-Legierung. Catan bildet zwischen zwei Elektroden eine selbstorganisierte Monoschicht aus flachen Molekülen. Diese Kombination mit dem Namen AuTS-S-(CH2)3-SO3-Na+//[2]Catenan//Ga2O3/EGaIn bildet einen Memristor.
Wie von RRAM gefordert. Diese neuen supramolekularen Memristoren können als Reaktion auf eine angelegte Spannung zwischen einem Zustand mit hohem Widerstand (aus) und einem Zustand mit niedrigem Widerstand (ein) wechseln. Diese molekularen Widerstandsschalter erreichen mindestens 1.000 Lösch-Lese-(Ein)-Schreib-Lese-(Aus)-Zyklen. Die Schaltzeit zwischen Ein und Aus beträgt deutlich weniger als eine Millisekunde, was mit kommerziellen anorganischen Memristoren vergleichbar ist.
Molekulare Schalter „merken“ sich innerhalb von Minuten ihren eingestellten Zustand – ein- oder ausgeschaltet. Dies macht sie zu einem vielversprechenden Ausgangspunkt für effiziente molekulare Memristoren mit nichtflüchtiger Speicherfähigkeit. Darüber hinaus fungieren sie auch als Dioden oder Gleichrichter, was sie zu interessanten Komponenten für die Entwicklung molekularer Nanomemristoren macht.