用于可重构分子双极晶体管开关的分子轨道门控的非挥发性转变

《ACS Nano》：Nonvolatile Transition of Molecular Orbital Gating for Reconfigurable Molecular Ambipolar Transistor Switch

分子电子学领域，研究团队通过垂直整合烷硫醇自组装单层膜通道、单层石墨烯和铁电聚合物门栅，成功构建了具有非易失性ambipolar开关特性的可重构分子晶体管。该器件可通过门栅和漏极偏压实现可逆导电模式切换，并在Fashion-MNIST图像识别任务中验证了突触可塑性应用的可行性，准确率达84.37%。

　　

分子电子学为实现设备的最小化提供了有前景的途径，但在一个可靠的固态晶体管平台上实现多种功能（如非易失性的双极开关）仍然是一个挑战。在这里，我们报道了一种可重构的分子晶体管开关，该开关通过将烷硫醇自组装单层（SAM）通道与单层石墨烯和铁电聚合物栅极垂直集成来实现。顶部栅极的铁电极化允许相对于分子轨道非易失性地调节石墨烯的费米能级。这还使得在同一分子通道内实现从空穴主导导带到电子主导导带的可逆切换，从而有效地创建了一个双极开关。通过栅极和漏极偏压以及分子种类的改变，可以按需重新配置这种开关导通行为。该设备在100次循环后仍表现出稳定的非易失性切换性能，并且数据保留时间可达10^3秒。此外，利用栅极可调的模拟导电状态和非易失性特性，我们展示了突触可塑性的概念验证，在Fashion-MNIST模式识别任务中实现了约84.37%的准确率和每张图像约5.98微焦耳的向量-矩阵乘法（VMM）能量消耗。这项工作展示了一种用于非易失性双极晶体管的固态垂直分子器件，为利用分子级通道的高级可重构内存计算和神经形态电子学提供了支持。