一种采用[π?π]二聚体的新型非易失性分子开关器件设计

《Physical Chemistry Chemical Physics》：A new design of non-volatile molecular switching device using [π?π] dimer

本研究提出了一种基于[π?π]超分子二聚体的新型非挥发性电阻开关设计，其分子连接宽度在开关过程中保持不变。通过密度泛函理论计算和爬升图像 nudged elastic band 方法，证实了二聚体的双稳态特性及高开关比（10^4）。该设计通过横向施加机械脉冲实现器件功能转换，同时具备良好的侧向和纵向偏移耐受性。

　　

基于超分子组装技术，可以在分子尺度上实现非易失性电阻开关（NVRS）功能，但这一过程通常依赖于对分子结的宽度进行拉伸或压缩。这对未来的分子电路来说是一个重要的限制。在这项工作中，我们提出了一种新的NVRS功能实现方案，该方法使用单一的[π?π]超分子组装结构，在开关状态（开/关）之间，涉及的分子结的宽度保持不变。这种[π?π]组装结构由两个（苯乙炔）联吡啶单体组成，也被称为（苯乙炔）联吡啶二聚体。通过密度泛函理论研究，揭示了该二聚体在开态和关态下的两种构型。这种双稳态特性对于实现非易失性至关重要，并通过攀爬图像法弹性带研究得到了验证。在电荷传输过程中，这两种构型表现出相反的量子干涉效应，在低偏压下，开/关比可高达10^4。此外，我们还通过考虑引线的横向和纵向偏移来证明该器件的稳定性。开关功能是通过向与传输方向垂直的方向对引线施加机械脉冲来实现的。