As moléculas do bloco de construção, formação de rede por ligações covalentes, dimorfismo da forma, imagens de microscópio eletrônico de varredura e topologia SLN dos COFs desenvolvidos (TK-COF-P e TK-COF-M). Crédito: Yoichi Murakami, adaptado de. Jornal da American Chemical Society (2025). Doi: 10.1021/jacs.5c10010
Pesquisadores do Institute of Science Tóquio criaram uma nova plataforma de materiais para memórias não voláteis usando estruturas orgânicas covalentes (COFs), que são sólidos cristalinos com alta estabilidade térmica. Os pesquisadores instalaram com sucesso rotores dipolares responsivos ao campo elétrico em COFs.
Devido à estrutura única dos COFs, os rotores dipolares podem virar em resposta a um campo elétrico sem serem prejudicados por um impedimento estérico do ambiente, e sua orientação pode ser mantida à temperatura ambiente por um longo tempo, que são condições necessárias para memórias não voláticas. O estudo é publicado no Journal of the American Chemical Society.
Os seres humanos fizeram grandes esforços para registrar informações inventando mídias de gravação, como argila, papel, discos compactos e memórias de semicondutores. Como a entidade física que mantém informações – como recortes, caracteres, poços ou transistores – se menor e sua densidade da área se torna maior, a informação é armazenada com maior densidade. Nas memórias reescritas, a classe chamada “memórias não voláteis” são adequadas para armazenar dados por um longo tempo, como dias e anos.
Recentemente, a tecnologia molecular evoluiu. Uma classe de tecnologia molecular consiste em moléculas que exibem movimentos mecânicos. Eles são chamados de “máquinas moleculares” ou “nanomáquinas”. Se uma entidade mecânica girar ou virar em torno de uma ligação química, que serve como um eixo, a classe de material é particularmente chamada de “rotores moleculares”.
O uso de rotores moleculares para armazenar informações pode causar um avanço. Isso ocorre porque o tamanho das moléculas é algumas ordens de magnitude menores que os tamanhos de fossas em um disco compacto e transistores em memórias de semicondutores, e as moléculas orgânicas são inerentemente altamente designáveis. Embora as aplicações usando máquinas moleculares tenham sido exploradas extensivamente, as tentativas de desenvolver memórias não voláteis têm sido escassas, principalmente porque a satisfação simultânea dos três requisitos a seguir tem sido muito desafiadora.
Para controlar a orientação dos rotores moleculares com um campo elétrico, os rotores precisam ter um dipolo – um deslocamento espacial de uma carga positiva e uma carga negativa necessária para obter uma força do campo elétrico aplicado. Os rotores não devem virar as temperaturas ambiente, para que suas orientações sejam mantidas por um longo período. Deve haver espaços adequados ao redor dos rotores para que eles possam virar sem serem prejudicados pelo impedimento estérico que pode ser causado pelo empacotamento apertado das moléculas na fase sólida. Além disso, a substância deve ser durável até as temperaturas componentes computacionais atuais normalmente passam, o que geralmente é de até 150 ° C.
Novos materiais desenvolvidos pelos pesquisadores do Institute of Science Tóquio alcançaram esses três requisitos simultaneamente, com durabilidade térmica muito alta até 400 ° C. Ao demonstrar essas novidades pela primeira vez, os pesquisadores criaram uma base material para memórias não voláteis à base de forma molecular que potencialmente armazenam informações com maior densidade que as tecnologias atuais.
Os pesquisadores selecionaram estruturas orgânicas covalentes (COFs) como uma plataforma para o objetivo. Os COFs são uma classe emergente de sólidos cristalinos formados pela conexão periodicamente de dois tipos de moléculas de bloco de construção por ligações covalentes. Para um bloco de construção, eles escolheram uma molécula tetraédrica de quatro mãos. Para o outro bloco de construção, eles desenvolveram uma molécula plana e plana de três mãos, na qual três rotores dipolares (1,2-difluorofenil, DFP) e três grupos aril estão posicionados alternadamente ao redor do anel benzeno central.
Anteriormente, esses grupos aril demonstraram suprimir o flip dos rotores DFP a temperaturas ambientais em uma solução de tolueno, que atendeu aos requisitos 1 e 2 acima, mas a alta densidade do sólido molecular impediu estericamente o giro dos rotores na fase sólida, o que não poderia atender ao requisito 3.
Curiosamente, os COFs que desenvolveram exibiram um dimorfismo de forma sem precedentes, no qual os COFs cresceram para uma forma de prisma hexagonal ou uma forma de membrana, dependendo da composição do solvente usada para o crescimento. Além disso, a partir de análises estruturais de raios-X, esses novos COFs acabaram tendo uma topologia SLN sem precedentes, que tem uma baixa densidade inerentemente e não foi relatada para COFs.
“Devido à densidade substancialmente baixa de cerca de 0,2 g/cm3 causada pela topologia SLN exclusiva possuída pelos COFs, os rotores dipolares incorporados na rede periódica que constituem os COFs têm espaços adequados ao seu redor, permitindo que eles girassem sem sofrer do impedimento estérico de seus arredores.
“Este é um avanço, porque nossos COFs são um sólido raro no qual os rotores dipolares podem girar quando são levados a temperaturas elevadas acima de 200 ° C ou sofrem campos elétricos suficientemente fortes, mas suas orientações podem ser mantidas por um longo tempo em que o Block Molecules, que é o que é mais lamentável, o que é um dos mais importantes, o que é um dos mais importantes, o que é um dos mais importantes, o que é mais lamentável. deste projeto.
Além disso, Murakami apontou o significado do trabalho também existe na extensão da diversidade de COFs por suas descobertas da topologia do SLN e do dimorfismo da forma, ambos desconhecidos para COFs anteriormente.
Esses sólidos baseados em COF podem ser uma nova plataforma para armazenar informações com maior densidade após a expansão adequada e a demonstração do dispositivo são feitas posteriormente.
Mais informações: Xiaohan Wang et al, SLN-topological covalente estruturas orgânicas com dimorfismo de forma e rotores dipolares, Journal of the American Chemical Society (2025). Doi: 10.1021/jacs.5c10010
Fornecido pelo Institute of Science Tokyo
Citação: nova plataforma de memória não volátil construída com estruturas orgânicas covalentes (2025, 5 de setembro) recuperado em 7 de setembro de 2025 em https://techxplore.com/news/2025-09-volatile-memory-platform-built-covalent.html
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