[发明专利]一种基于分子自旋态的超高密度存储器件及数据存储方法

说明书

本发明涉及一种基于分子自旋态的超高密度存储器件及数据存储方法。该存储器件包括基体、数据存储介质和探针；所述基体为导电基体；所述数据存储介质为自旋态可变分子层，自旋态可变分子层规则排列在导电基体表面；所述探针用于将数据写入数据存储介质和/或读取存储在数据存储介质的数据；所述写入操作包括改变自旋态可变分子层中分子的自旋态，所述读取操作包括检测出自旋态可变分子层中分子的自旋态。本发明实现了信息的单分子写入，相邻分子可进行无干扰的自旋态调控，实现了信息的稳定存储，存储密度高达7*10¹³bit/cm²。

技术领域

本发明属于存储器件技术领域；具体涉及一种超高密度存储器件。

背景技术

超高密度信息存储，指的是信息存储密度大于10¹²bit/cm²的存储方式，其对应的单一存储单元占据面积要小于100nm²。目前采用的存储方式包括光存储、磁存储等、而采用扫描隧道显微镜(STM)进行有机信息存储材料的开发也是其中非常重要的一个方面。它结合了扫描隧道显微镜极高的空间分辨率和能量分辨率的特点和有机材料便于分子尺度进行组装的特点。

在现有的超高密度存储器件中，大部分是基于压痕、分子位移或者利用双稳态分子实现的。如中国发明专利申请CN200710072530.7公开了一种使用AFM探针压痕实现高密度信息存储的方法。中国发明专利申请CN02110772.6公开了一种基于扫描隧道显微技术的可逆分子电子器件，利用了正反向脉冲电压驱动有机分子的上下位移来实现信息的写入或擦除。中国发明专利申请CN201280009970.7公开了一种具有两层导电层以及位于两层导电层之间的有机分子层的存储器，其中有机分子层具有吸电子取代基的电阻变化型分子链。

分子自组装薄膜是指分子通过化学键相互作用，自发吸附于各种界面从而形成有序的薄膜，该种薄膜高度有序并且缺陷极少，适合分子器件的研究。

发明内容

本发明利用有机分子的自旋态的变化，提出了一种基于分子自旋态的超高密度存储器件，可以实现信息的超高密度存储。

本发明的一方面在于提出了一种基于分子自旋态的超高密度存储器件，该存储器件包括基体、数据存储介质和探针；所述基体为导电基体；所述数据存储介质为自旋态可变分子层，自旋态可变分子层中的分子规则排列在导电基体表面；所述探针用于将数据写入数据存储介质和/或读取存储在数据存储介质的数据；所述写入操作包括改变自旋态可变分子层中分子的自旋态，所述读取操作包括检测出自旋态可变分子层中分子的自旋态。

进一步，所述写入操作是通过对自旋态可变分子层中分子施加偏压而改变分子的自旋态。所述读取操作是通过扫描隧道谱dI/dV谱检测是否存在近藤共振峰。通过探针组件沿着与自旋态可变分子层平行的平面进行扫描而实现数据的写入或读取。

作为本发明的进一步改进，所述自旋态可变分子包括一个六元碳环；所述六元碳环包含1～2个烯键；以及一个所述六元碳环中烯键的取代基；所述烯键的取代基包括至少一脂烃基取代基和至少一自组装用官能团；所述脂烃基取代基包含4～12个碳原子，并且所述脂烃基取代基的一端的碳原子连接所述六元碳环；所述自组装用官能团为羧基、醛基或羟甲基，该自组装用官能团连接所述脂烃基取代基的另一端的碳原子。

在所述六元碳环包含两个烯键时，所述六元碳环可为1,3环己二烯或1,4环己二烯。

进一步，在所述六元碳环具有1～6个甲基或乙基取代基。所述脂烃基取代基具有2～6个烯键。

进一步，所述自旋态可变分子为视黄酸分子或3-甲基-5-(2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-基)-2,4-戊二烯酸分子。

进一步，所述自旋态可变分子不包括视黄酸分子。

所述导电基体为Ag、Au、Pt基体。