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纳米信息存储材料研究新进展：稳定、重复、可逆的电导转变与擦写
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具有稳定、重复、可逆电导转变的功能材料及其在信息存储中的应用是超高密度信息存储研究的重要方向之一。在过去的十多年里，高鸿钧研究组与化学所有机固体院重点实验室的宋延林研究员和张德清研究员等一直在该研究方向进行合作研究。他们追求具有优良电学双稳特性和稳定结构的功能分子材料，通过对有机分子功能基团的修饰，控制分子的结构与物性。他们在化学所进行分子设计与合成，在物理所进行纳米薄膜材料制备、扫描探针显微术(SPM)的纳米存储实验和相应的理论计算分析，取得了一系列研究成果。在过去五年里，他们在Adv. Mater. 和 J. Am. Chem. Soc. 上合作发表论文7篇，研究结果多次被国际科学媒体（如：Nature Materials）报导。近日，高鸿钧组的丰敏等与张德清组的郭雪峰等在Rotaxane类分子的结构与电导转变及其在超高密度信息存储中的应用方面再获突破。 Rotaxane类分子在溶液中可以发生可逆的分子构型改变，并随之引起分子电导转变。但这类分子在固体薄膜中能否实现类似在溶液中的结构与电导转变是一个倍受关注和争议十分强烈的问题。2005年，高鸿钧研究组与张德清研究组合作，首次报道了在一种H1 Rotaxane分子薄膜中的纳米尺寸电导改变和在该类薄膜上稳定的超高密度信息存储（J. Am. Chem. Soc. 127(2005)15338 ）。在此工作的基础上，该合作研究团队进一步改进了原有的Rotaxane分子结构，追求更强的功能和实用性。他们成功地在H2 Rotaxane分子薄膜中实现可逆的电导变化和可擦除、稳定、重复的近于单分子尺度的纳米级存储。审稿人认为“作者提供了令人信服的证据，表明在通过改进的Rotaxane分子薄膜中可以重复地写入和擦除纳米尺寸的信息记录点。其精彩之处是对Rotaxane分子核心结构的小改变可以极大地影响分子功能”。相关结果发表在近期的J. Am. Chem. Soc. 129(2007)2204上。同时，Nature Nanotechnology 进行了题为Nanorecording: rewriting history的亮点报道。更进一步地，该合作研究组在单个分子和亚分子的水平上研究了单个H2分子的结构与电导转变。他们将H2分子置于Au(111)基底上的一层分子膜上，直接发现了Rotaxane分子在外电场诱导下分子结构和相应电导的可逆变化。这是目前为止该类分子结构与电导转变的最直接证据，对Rotaxane类分子在分子电子学中的进一步应用具有重要意义。相关研究结果发表在近期Adv. Funct. Mater. 17(2007)770上。 |
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