隨著存算一體技術的不斷發展，模仿人腦神經元和突觸工作機制的神經形態憶阻器可以有效地解決存算分離的馮-諾伊曼架構帶來的高能耗及低效率問題。基于電化學金屬化（ECM）的有機雙端憶阻器具有非易失性、阻態可編程性、高集成密度和低成本制造優勢，然而，傳統ECM機制憶阻器表現出活性層內隨機的離子傳輸、導電絲生長以及單一的憶阻行為，從而導致不完善的器件特性，包括有限的循環耐久性、器件阻態分布混亂、器件操作電壓大及憶阻功能化程度低。故ECM機制憶阻器的研究缺乏合理設計的調控離子傳輸及靈活調控憶阻行為的策略。
鑒于此，南京郵電大學黃維院士、儀明東教授團隊提出了一種基于分子介導離子運動的高性能多功能有機憶阻器。該器件以可溶液加工的有機聚合物聚（N-乙烯基咔唑）(PVK)和強電子受體7,7,8,8-四氰基對苯二醌二甲烷（TCNQ）構成的體異質結為憶阻功能層材料，創新性地引入具有高遷移能力的銀（Ag）和TCNQ分子之間高效的氧化還原配位反應，且在電場作用下可通過金屬離子Ag+與TCNQ的氰基（C≡N）之間配位鍵的斷裂和形成精準調控Ag+遷移，表現出在有機聚合物基憶阻器領域中的低操作電壓（0.55 V/-0.21 V）、低功率（2.07×10-5 W）以及穩定的開關循環（104次）。不僅如此，團隊還利用不同極性的溶劑調節TCNQ分子域分布及與PVK分子域相分離程度，從而改變導電絲生長形貌，獲得了穩定的多階存儲行為及易失性閾值切換行為，豐富了器件的憶阻行為。隨后模擬人工突觸可塑性，并在基于單層感知器模型（SLP）的神經網絡中獲得84.7 %圖像高識別精度。進一步基于閾值切換行為模擬神經元的雙向動態電位發放功能。另外，團隊利用一系列系統表征，包括拉曼光譜及成像技術（Raman）、X射線衍射（XRD）、深度剖析X射線光電子能譜（XPS）和原位納米級導電原子力顯微鏡（C-AFM）直觀且詳細的揭示了器件內部工作機理，驗證了分子域調控離子遷移的動力學過程。該項研究將推動多功能離子型憶阻器和生物突觸神經元功能模擬的發展，并提供理論指導和技術儲備。
本工作采用的TCNQ材料具有平面結構、易溶液加工和結構穩定的特點，被四個強電子吸收基團C≡N修飾，可以更有效地與具有強遷移能力的Ag原子配位，形成電荷轉移體Ag-TCNQ。并且Ag和TCNQ之間的電荷轉移可以通過外部電場可逆地激活。作者所制備的有機憶阻器具有由TCNQ和PVK共同作用的優良非電鑄雙極性阻變行為，前者為Ag+離子提供傳輸通道，后者具有的高玻璃轉化溫度可以抑制Ag+離子在其內部遷移，從而約束Ag+在TCNQ分子域中遷移。通過電學測試，發現器件具有優良的電阻切換憶阻行為。I-V曲線表明憶阻器的操作電壓較低（0.55 V/-0.21 V），功率為2.07×10-5 W，這在有機聚合物基憶阻器中處于較低水平。憶阻器的高阻態（HRS）和低阻態（LRS）在連續開關循環中維持良好。這些結果表明，分子介導策略賦予離子遷移穩定性，從而使憶阻器具有良好的循環均勻性和維持可靠性。
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