Российские исследователи синтезировали новый комплекс висмута, который способен менять цвет при освещении. С помощью него авторы смогли создать элементы оптической памяти и показали их высокую эффективность и стабильность. Исследование опубликовано в журнале Chemical Communications.

В основе современных запоминающих устройств лежат транзисторы. Они могут формировать два квазистабильных электрических состояния: «открытое», при котором происходит перенос электронов, и «закрытое», когда перенос блокируется. Транзисторы состоят из элементов, накапливающих и удерживающих электрический заряд. От величины этого заряда зависит возможность протекания электрического тока при определенном приложении напряжения к выводам транзистора.

В элементах памяти «открытое» состояние означает логическую единицу, а «закрытое» — нуль, или наоборот. Для записи или удаления одного бита информации необходимо просто переключить транзистор между этими состояниями. Если же использовать фотохромные материалы для накопления и удерживания зарядов, то для переключения будет нужен световой импульс или электрическое поле.

Поддержанные грантом Президентской программы Российского научного фонда авторы новой работы смогли синтезировать новый фотохромный комплекс для использования в транзисторах. Для этого они объединили виологеновые катионы, состоящие из двух связанных ароматических пиридиновых колец (C₁₀H₈N₂R₂)²⁺ с двумя заместителями при атомах азота с комплексным анионом, включающим висмут (III).

Новое соединение — первый светочувствительный комплекс висмута с оптимальными для использования в транзисторах свойствами. Авторы экспериментально показали, что такое вещество можно использовать в качестве материала устройств записи и хранения информации.

«Фотохромные свойства подобных комплексов уже были описаны ранее. Одновременно с этим были получены устройства памяти на других виологенсодержащих соединениях. По сути, мы просто совместили эти два факта и попробовали проверить, как это сработает уже на наших, новых соединениях», — рассказывает один из исследователей, ведущий научный сотрудник лаборатории синтеза комплексных соединений Института неорганической химии СО РАН Сергей Адонин.

Авторы исследования «собрали» органические полевые транзисторы с дополнительным светочувствительным слоем из комплекса висмута с виологеновыми катионами. Для этого ученые провели осаждение кристаллических пленок комплекса из раствора на диэлектрический слой оксида алюминия.

Авторы выяснили, что устройство можно «программировать» — обратимо переключать между двумя или даже несколькими квазистабильными электрическими состояниями. Для этого нужно подать импульс света, одновременно приложив электрическое поле между электродами устройства. Создание нескольких состояний в одном транзисторе позволяет разработать мультибитные элементы памяти для записи информации с высокой плотностью.