分子工程设计的二茂铁-吲哚[2,3-b]喹喔啉D-π-A-D’/A’体系用于非易失性WORM存储器件应用

《Chemistry – A European Journal》：Molecularly Engineered Ferrocene-Indolo[2,3-b]Quinoxaline D-π-A-D’/A’ Systems for Non-Volatile WORM Memory Device Application

　　

摘要

开发高效且可扩展的有机存储器件需要具有可调电子特性和稳定开关行为的分子体系。本文报道了一系列氧化还原活性的供体-π-受体-供体/受体（D-π-A-D′/A′）分子，其中二茂铁作为富电子供体，吲哚并喹喔啉作为受体，通过共轭的苯乙炔桥连接。通过引入不同的供体取代基（三苯胺、二苯并噻吩、二苯并呋喃）和受体取代基（喹啉），系统地调节了电子特性。光谱、电化学和计算研究表明，从二茂铁到受体单元存在高效的分子内电荷转移，并具有可逆的Fe(II)/Fe(III)氧化还原行为。所有化合物均表现出可靠的非易失性阻变开关行为，开/关比达到10²–10⁴，耐久性良好（>100次循环），保持时间超过4000秒。在所研究的化合物中，三苯胺取代的衍生物表现出最佳存储性能，具有更低的阈值电压（-1.04 V）和更高的开/关电流比（约10⁴）。这种改善可归因于三苯胺更强的给电子性质，其促进了更高效的供体-受体电子通信。密度泛函理论计算进一步支持了实验观察结果，揭示了增强的分子内电荷转移与氧化还原活性的二茂铁单元在阻变开关过程中起着关键作用。这些结果展示了一种设计高性能有机存储材料的有前景的策略。

图文摘要

对二茂铁-乙炔基-吲哚并喹喔啉D-π-A-D′/A′体系进行分子工程，通过带有供体/受体末端取代基实现可调的二值和三值阻变开关。在ITO/活性层/Ag存储器件中，电荷传输通过空穴主导的陷阱辅助空间电荷限制电流（SCLC）机制进行。

利益冲突

作者声明无利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在本文的补充材料中获取。