2020年11月24日 周二

原子操纵;分子组装;纳米信息存储材料

类别
领域中心 技术融合
成果名称 原子操纵;分子组装;纳米信息存储材料
成果推介单位 中国科学院物理研究所
成果属性
所属领域
当前所处阶段
技术关键词
项目来源
项目起止时间
鉴定评价情况
摘要

本项目从超高密度信息存储材料及其STM存储机制出发,系统研究了硅锗半导体的表面结构、硅表面的原子操纵和纳米加工,以及利用STM电压脉冲技术在有机分子体系和有机/无机复合体系的纳米信息点的存储。 1. 对信息功能材料进行了系统的探索,设计合成了一系列具有优良结构特性以及电学双稳态特性的功能分子体系,包括有机分子体系和有机/无机复合体系。首次在离子团束沉积的Ag-TDCN复合薄膜上采用STM电压脉冲的到了点径为50nm的信息记录点阵。在真空蒸发制备的m-NBMN/DAB有机复合薄膜上利用分子间的电荷转移,通过STM电压脉冲技术获得了1.3nm的信息存储点阵,并实现了信息点的擦除。在有机单体PUN分子薄膜上,利用STM电压脉冲使得PUN分子发生聚合引起导电特性的转变写入信息记录点,记录点的直径为0.8nm,记录点之间的距离是1.2 nm,信息点非常稳定,可以重复读取2000次,不发生变化。相关成果荣获了由两院院士推选的"1997年度中国十大科技进展" 和"2001年中国基础科学研究十大新闻",参加"十五"大科技展一项。 3. 通过STM针尖在PNBN有机分子薄膜上施加电压脉冲的方法,使得PNBN薄膜的分子结构转变引起了分子尺度的电导特性变化,在薄膜上写入了0.6nm的最小点径信息记录点阵,点与点之间的距离在1nm左右,相应的存储密度高达1014bits/cm2,并第一次观察到清晰分子像背景,保持了我国在该领域的国际领先地位。该结果入选两院院士评选的"2001年中国基础科学研究十大新闻",排序第二。 4. 在rotaxane分子固态薄膜上实现了分子导电性的转变和超高密度信息存储,在薄膜上获得了尺寸为3-4nm的稳定纳米信息记录点阵,并实现了信息点的重复写入。首次对其可逆结构转变导致的稳定电导相变存储机制从分子尺度上得到了实验和理论两方面的验证。一方面显示了rotaxane这种有机功能分子在固体中也同样具有可逆的分子构型改变,即结构双稳态特性,从而导致电学特性的转变,即:绝缘态和导电态之间的可逆转变。另一方面为可重复擦写超高密度信息存储研究提供了一类新型的材料。该结果被2007年Nature Materials 作为亮点报道。 5. 从分子结构设计出发,合成了具有强电子给体和电子受体、物理化学性质稳定的有机分子DMNBPDA并培养了其单晶;通过在STM针尖成功地在其分子薄膜上实现了点径为1.1 nm的信息点的写入, 对应信息存储密度>1013 bits/cm2。并用杂化HF/DFT 理论计算了DMNBPDA 分子间的电荷转移特性,为存储机理提供了理论依据,并被美国Technology Research News杂志以"兆兆位存储薄膜"为题(Film promises terabit storage)进行了专题报道。 6.通过独创的电流扫描法,在国际上首次实现了以移植单原子为过程的沿硅表面特定晶格方向的有序移植,其宽度为表面晶体的单胞。对移植后的表面结构的稳定性做了系统的研究,对单原子从表面脱离的过程中发现存在瞬时的原子震荡现象。同时首次将沟槽中移出的原子又在指定的位置将硅原子沉积为一维结构。 7.通过改进STM针尖,在国际上首次用STM同时清晰地分辨出单胞中的所有6个rest atom 和12个adatom,并且rest atom的亮度与无层错半单胞内中心adatom的亮度相同。建立了理论模型,计算所得到的图像和STM实验结果完全符合。该成果不仅显示了自STM发明20年以来最高分辨的Si(111)7 7的STM图像;同时表明通过对STM针尖的进一步修饰改进,可以获得表面纳米结构中更加精细的电子结构信息。这对纳米和表面科学领域具有十分重要意义。在Si(111)7×7表面研究的基础上,系统地研究了Ge在该表面上的初期吸附,证明存在Ge替代Si的吸附机制。该实验结果与理论结果完全符合,解决了20多年来Ge在Si(111)7×7表面上初期吸附位置在理论和实验上一直悬而未决的问题。该项工作对Ge/Si半导体体系生长的理解与认识,以及对该体系的结构生长与特性控制具有重要意义。

概述
(原理、功能)
技术性能指标
当前应用情况
推广方向/形式
推广转化方式
配套条件
开发费用
开发周期
经济效益
社会效益
风险评价
知识产权状况
成果权属
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