Nueva plataforma de memoria no volátil construida con marcos orgánicos covalentes

Investigadores del Instituto de Ciencias Tokio han creado una nueva plataforma de material para recuerdos no volátiles que utilizan marcos orgánicos covalentes (COF), que son sólidos cristalinos con alta estabilidad térmica. Los investigadores instalaron con éxito los rotores dipolares sensibles al campo eléctrico en los COF.

Debido a la estructura única de los COF, los rotores dipolares pueden voltear en respuesta a un campo eléctrico sin ser obstaculizado por un obstáculo estérico de los alrededores, y su orientación puede mantenerse a temperatura ambiente durante mucho tiempo, que son condiciones necesarias para las memorias no volátiles. El estudio es publicado en el Revista de la American Chemical Society.

Los humanos han hecho grandes esfuerzos para grabar información inventando medios de grabación como arcilla, papel, discos compactos y recuerdos de semiconductores. Como la entidad física que contiene información, como las hendiduras, caracteres, pozos o transistores, se convierte en más pequeña y su densidad de área aumenta, la información se almacena con mayor densidad. En recuerdos regritables, la clase llamada «recuerdos no volátiles» es adecuado para almacenar datos durante mucho tiempo, como durante días y años.

Recientemente, la tecnología molecular ha evolucionado. Una clase de tecnología molecular consiste en moléculas que exhiben movimientos mecánicos. Se llaman «máquinas moleculares» o «nanomáquinas. «Si una entidad mecánica gira o voltea alrededor de un enlace químico, que sirve como un eje, la clase de material se llama particularmente»rotores moleculares«

El uso de rotores moleculares para almacenar información puede causar un avance. Esto se debe a que el tamaño de las moléculas es algunas órdenes de magnitud más pequeñas que los tamaños de los pozos en un disco compacto y transistores en recuerdos de semiconductores, y las moléculas orgánicas son inherentemente altamente designables. Aunque las aplicaciones que usan máquinas moleculares se han explorado ampliamente, los intentos de desarrollar recuerdos no volátiles han sido escasos, principalmente porque la satisfacción simultánea de los siguientes tres requisitos ha sido muy desafiante.

1. Para controlar la orientación de los rotores moleculares con un campo eléctrico, los rotores deben tener un dipolo, un desplazamiento espacial de una carga positiva y una carga negativa necesaria para obtener una fuerza del campo eléctrico aplicado.
2. Los rotores no deben voltear a temperaturas ambientales para que sus orientaciones se mantengan durante un largo período.
3. Debe haber espacios adecuados alrededor de los rotores para que puedan voltear sin ser obstaculizados por el obstáculo estérico que puede ser causado por el empaquetado apretado de las moléculas en la fase sólida. Además, la sustancia debe ser duradera hasta las temperaturas que se someten a los componentes computacionales actuales normalmente, lo que a menudo es de hasta 150 ° C.

Los nuevos materiales desarrollados por los investigadores del Instituto de Ciencia Tokio han logrado estos tres requisitos simultáneamente, con una durabilidad térmica muy alta hasta casi 400 ° C. Al demostrar estas novedades por primera vez, los investigadores han creado una base material para los recuerdos no volátiles basados ​​en la máquina molecular que potencialmente almacenan información a una densidad más alta que las tecnologías actuales.

Los investigadores seleccionaron marcos orgánicos covalentes (COF) como plataforma para el objetivo. Los COF son una clase emergente de sólidos cristalinos formados al conectar periódicamente dos tipos de moléculas de bloques de construcción mediante enlaces covalentes. Para un bloque de construcción, eligieron una molécula tetraédrica de cuatro manos. Para el otro componente de construcción, desarrollaron una molécula plana de tres manos en la que tres rotores dipolares (1,2-difluorofenilo, DFP) y tres grupos arilo se colocan alternativamente alrededor del anillo de benceno central.

Anteriormente, se demostró que estos grupos arilo suprimen el flip de los rotores DFP a temperaturas ambientales en una solución de tolueno, que satisfizo los requisitos 1 y 2 anteriores, pero la alta densidad del sólido molecular obstaculizó estéricamente el flip de los rotores en la fase sólida, que no podía satisfacer el requisito 3.

Curiosamente, los COF que desarrollaron exhibieron un dimorfismo de forma sin precedentes, en el que los COF crecieron a una forma de prisma hexagonal o una forma de membrana, dependiendo de la composición solvente utilizada para el crecimiento. Además, a partir de análisis estructurales de rayos X, estos nuevos COF resultaron tener una topología SLN sin precedentes, que tiene una baja densidad inherentemente y no se ha informado para COF.

«Debido a la densidad sustancialmente baja de aproximadamente 0.2 g/cm³ Causa por la topología SLN única que posee los COF, los rotores dipolo incorporados en la red periódica que constituye los COF tienen espacios adecuados a su alrededor, lo que les permite voltear sin sufrir el obstáculo estérico de su entorno.

«Este es un avance, porque nuestros COF son un sólido raro en el que los rotores dipolares pueden voltear cuando se llevan a temperaturas elevadas superiores a 200 ° C o sufren campos eléctricos suficientemente fuertes, pero sus orientaciones pueden mantenerse durante mucho tiempo a temperaturas ambientales. Estas singularidades se han realizado por nuestra selección cuidadosa de las moléculas de bloques de construcción para crear los cofes para este objetivo», dice el Profesor, dice el líder de la selección de los líderes de los líderes de la construcción para crear los Cofs para el Profesor. proyecto.

Además, Murakami señaló la importancia del trabajo también existe en la extensión de la diversidad de COF por sus descubrimientos de topología SLN y dimorfismo de forma, ambos desconocidos para COF previamente.

Estos sólidos basados ​​en COF pueden ser una nueva plataforma para almacenar información con más densidad más alta después de que la ampliación adecuada y la demostración del dispositivo se realicen posteriormente.