基于P3HT掺杂TmPyPB/TpPyPB的数字化有机忆阻器实现高耐久性与低工作电压

针对有机忆阻器难以兼顾低工作电压与高耐久性的难题，研究人员通过P3HT掺杂高电子迁移率小分子TmPyPB/TpPyPB，开发出具有优异性能的数字化有机忆阻器。该器件电流开关比(Ion/off)达104，耐受250次循环，设定电压(Vset)仅1.85 V，并通过10×10阵列实现字母存储与逻辑运算，为高密度柔性存储提供了新方案。

　　

在数据爆炸的时代，传统存储技术已难以满足海量信息处理需求。作为第四种基本电子元件，忆阻器凭借非易失性、低功耗等特性成为研究热点，其中有机忆阻器因材料可调、柔性兼容等优势更具潜力。然而，现有器件普遍面临操作电压高与耐久性差的矛盾——例如P3HT-OD体系虽实现1.5 V低电压但仅耐受50次循环，P3HT-PCBM器件循环次数提升至100次却牺牲了开关比（I_on/off仅10²-10³）。如何突破这一瓶颈，成为制约有机忆阻器实用化的关键。

针对这一挑战，山西大同大学的研究团队创新性地选用具有高电子迁移率的有机小分子TmPyPB和TpPyPB作为掺杂剂，与经典导电聚合物P3HT复合，成功研制出高性能数字化有机忆阻器。相关成果发表于《Organic Electronics》，该器件不仅将工作电压降至1.85 V，更实现了250次循环的稳定切换，其开关比高达10⁴，远超同类器件。

关键技术方法
研究采用溶液法制备P3HT:30 wt% TmPyPB/TpPyPB复合薄膜，通过红外光谱（IR）和紫外可见吸收光谱（UV-vis）表征分子相互作用；构建ITO/PEDOT:PSS/活性层/Al结构的忆阻器器件，利用半导体参数分析仪测试I-V特性；通过电化学阻抗谱（EIS）分析电荷传输机制；最后集成10×10阵列演示信息存储与逻辑功能。

研究结果

分子性质
IR光谱显示P3HT的噻吩环特征峰（2925 cm^-1）在掺杂后发生位移，证实TmPyPB的吡啶氮原子与P3HT硫原子形成分子间作用力。UV-vis谱中P3HT: TmPyPB薄膜出现375 nm新吸收峰，表明掺杂诱导产生电荷转移复合物。

器件性能
P3HT: TmPyPB器件展现出典型的双极阻变特性：设定电压(V_set)1.85 V，复位电压(V_reset)-2.69 V，响应时间500 ms。对比实验显示，TmPyPB掺杂器件的V_set比TpPyPB体系低0.3 V，归因于其更高的电子迁移率（3.2×10^-3 cm²/Vs）。

阻变机制
EIS测试发现低频区存在明显的电荷捕获峰，结合I-V曲线拟合，确认阻变源于TmPyPB分子诱导的电荷捕获/释放过程：在正向偏压下，陷阱能级捕获电子形成导电细丝（LRS）；负偏压使电子脱陷返回HRS。

阵列应用
10×10阵列成功实现26个字母的二进制编码存储，单元间串扰率<5%。在逻辑运算中，"与""或"门操作误差率<3×10^-3，验证了器件的可扩展性。

结论与意义
该研究通过分子工程策略，首次将TmPyPB/TpPyPB应用于有机忆阻器，解决了低电压与高耐久性难以协同优化的行业难题。器件性能参数全面超越文献报道值：循环次数较P3HT-PCBM体系提升2.5倍，开关比如P3HT-OD器件提高10倍。更重要的是，研究揭示了吡啶类分子作为高效电荷捕获中心的机制，为有机电子器件设计提供了新思路。这项成果不仅推动了柔性电子技术的发展，更为未来神经形态计算芯片的开发奠定了材料基础。