随着存算一体技术的不断发展，模仿人脑神经元和突触工作机制的神经形态忆阻器可以有效地解决存算分离的冯-诺伊曼架构带来的高能耗及低效率问题。基于电化学金属化（ECM）的有机双端忆阻器具有非易失性、阻态可编程性、高集成密度和低成本制造优势，然而，传统ECM机制忆阻器表现出活性层内随机的离子传输、导电丝生长以及单一的忆阻行为，从而导致不完善的器件特性，包括有限的循环耐久性、器件阻态分布混乱、器件操作电压大及忆阻功能化程度低。故ECM机制忆阻器的研究缺乏合理设计的调控离子传输及灵活调控忆阻行为的策略。
鉴于此，南京邮电大学黄维院士、仪明东教授团队提出了一种基于分子介导离子运动的高性能多功能有机忆阻器。该器件以可溶液加工的有机聚合物聚（N-乙烯基咔唑）(PVK)和强电子受体7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷（TCNQ）构成的体异质结为忆阻功能层材料，创新性地引入具有高迁移能力的银（Ag）和TCNQ分子之间高效的氧化还原配位反应，且在电场作用下可通过金属离子Ag+与TCNQ的氰基（C≡N）之间配位键的断裂和形成精准调控Ag+迁移，表现出在有机聚合物基忆阻器领域中的低操作电压（0.55 V/-0.21 V）、低功率（2.07×10-5 W）以及稳定的开关循环（104次）。不仅如此，团队还利用不同极性的溶剂调节TCNQ分子域分布及与PVK分子域相分离程度，从而改变导电丝生长形貌，获得了稳定的多阶存储行为及易失性阈值切换行为，丰富了器件的忆阻行为。随后模拟人工突触可塑性，并在基于单层感知器模型（SLP）的神经网络中获得84.7 %图像高识别精度。进一步基于阈值切换行为模拟神经元的双向动态电位发放功能。另外，团队利用一系列系统表征，包括拉曼光谱及成像技术（Raman）、X射线衍射（XRD）、深度剖析X射线光电子能谱（XPS）和原位纳米级导电原子力显微镜（C-AFM）直观且详细的揭示了器件内部工作机理，验证了分子域调控离子迁移的动力学过程。该项研究将推动多功能离子型忆阻器和生物突触神经元功能模拟的发展，并提供理论指导和技术储备。
本工作采用的TCNQ材料具有平面结构、易溶液加工和结构稳定的特点，被四个强电子吸收基团C≡N修饰，可以更有效地与具有强迁移能力的Ag原子配位，形成电荷转移体Ag-TCNQ。并且Ag和TCNQ之间的电荷转移可以通过外部电场可逆地激活。作者所制备的有机忆阻器具有由TCNQ和PVK共同作用的优良非电铸双极性阻变行为，前者为Ag+离子提供传输通道，后者具有的高玻璃转化温度可以抑制Ag+离子在其内部迁移，从而约束Ag+在TCNQ分子域中迁移。通过电学测试，发现器件具有优良的电阻切换忆阻行为。I-V曲线表明忆阻器的操作电压较低（0.55 V/-0.21 V），功率为2.07×10-5 W，这在有机聚合物基忆阻器中处于较低水平。忆阻器的高阻态（HRS）和低阻态（LRS）在连续开关循环中维持良好。这些结果表明，分子介导策略赋予离子迁移稳定性，从而使忆阻器具有良好的循环均匀性和维持可靠性。
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