與生物大腦的神經(jīng)突觸類似，憶阻器（Memristor）能夠根據(jù)其任意時刻的阻態(tài)來記錄所受施的電壓和所流經(jīng)的電荷的變化，兼具記憶和邏輯運算的功能，理論上可以通過憶阻器完全替代現(xiàn)在所有的數(shù)字邏輯電路。大量文獻表明這類器件具有結構簡單、速度快、功耗低和與CMOS工藝兼容等優(yōu)點，是實現(xiàn)高密度存儲以及以數(shù)據(jù)為中心的存內(nèi)計算和感知計算技術的優(yōu)勢基礎器件。
作為具有本征氧化還原活性的不對稱共軛結構單元，薁已經(jīng)廣泛用來構建分子電子器件。分子內(nèi)缺電子的七元碳環(huán)和富電子的五元碳環(huán)之間的推拉電子特性不僅提供了有助于電荷傳輸?shù)牡偷姆枷汶x域能，而且還能調(diào)控從電子給體組份到電子受體組份的電荷傳輸行為。近日，上海華東理工大學陳彧教授團隊（www.chenyu.polymer.cn）以1,3,5-三(4-氨基苯基)苯和薁-1,3-二甲醛作為起始材料，首次通過液-液界面聚合的方式制備了一種新型的基于薁的二維共價有機框架薄膜材料COF-Azu，這種材料采取了ABC堆積的模式，展現(xiàn)出高度有序的內(nèi)部正方形晶格結構，晶格條紋間距約為0.307納米，與計算的0.328納米的層間距值很接近。
圖1. COF-Azu材料的制備與生長過程示意圖 憶阻器通常包括數(shù)字型憶阻器和具有模擬開關行為的憶阻器兩大類，前者具有數(shù)字型電流開關和大的ON/OFF電流開關比特征，能根據(jù)施加在器件上電壓的不同，使材料的電阻在高阻態(tài)和低阻態(tài)間發(fā)生相應變化，從而開啟或阻斷電流流動通道，利用這種性質(zhì)儲存各種信息，是一種可顯著提高耐久性和數(shù)據(jù)傳輸速度的可擦寫內(nèi)存技術。而后者通常具有相對低的ON/OFF電流開關比，器件的電阻或電導能發(fā)生連續(xù)或遞增式變化，能應用于神經(jīng)突觸模擬和神經(jīng)形態(tài)計算領域。本文中制備的Al/COF-Azu(160 nm)/ITO 憶阻器展現(xiàn)出非易失性阻變開關性能。開啟和關閉電壓分別為-0.50伏和+1.95V 伏，ON/OFF電流開關比僅僅只有50. 因為材料的LUMO能級與鋁頂電極之間的能級差（1.99 eV）大于材料的HOMO能級與ITO底電極之間的能級差（0.64 eV）, 說明制備的COF-Azu材料是典型的P型材料，在器件導電過程中空穴傳輸占據(jù)主導地位。作者對材料的憶阻機理進行了初步探討。 圖2.器件性能與圖像識別 對器件施加一個脈沖序列（脈沖幅度：0.1/-0.1伏；脈沖寬度：50毫秒；脈沖間隔：20 毫秒），觀察到的器件電流隨著時間逐漸增加或降低。這種現(xiàn)象與生物突觸的短/長時程塑性（STP/LTP）很相似。與預期的那樣，器件點陣中的每一個憶阻器單元均展現(xiàn)出模擬開關行為。器件的導電性可以在 5 ~75 μA的操作窗口內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)低功耗單片集成。在任意選取的100個憶阻器中測試了可靠度高的16級導電態(tài)，這些導電態(tài)之間的導電態(tài)分布彼此不相重疊，意味著制備的器件具有優(yōu)異的多級存儲可靠性。利用這些性質(zhì)，作者構建了一個簡單的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡，用以實現(xiàn)圖像識別。經(jīng)過8次的訓練后獲得的圖像識別準確率達到80%。 論文信息 Redox-Active Azulene-based 2D Conjugated Covalent Organic Framework for Organic Memristors Zhizheng Zhao, Prof. Mohamed E. El-Khouly, Qiang Che, Fangcheng Sun, Dr. Bin Zhang, Prof. Haidong He, Prof. Yu Chen 文章的第一作者是華東理工大學的博士研究生趙智崢 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202217249
