保护存储在电子存储器件中的敏感信息不被泄露的关键是开发出能够在紧急情况下迅速销毁的瞬态电子器件。销毁电子器件中存放信息的方式一般有机械销毁、数据覆盖（但可恢复）、高温销毁（300-1800℃）、化学腐蚀（常用浓度为55%~58%的浓氢碘酸等化学试剂）、高电压击穿毁损、消磁法(适用于磁性存储介质，至少要使用相当于磁性介质矫顽磁性5 倍的磁力)以及溶解活性层等方式。但在紧急状态下很难快速实施前六种措施。通过水溶、光分解等手段快速溶解/破坏活性层的技术就成为了极端情况下保证信息安全的最后一道防线。
图1：Al/PTT-NMI+Br-/ITO柔性忆阻器结构及器件活性层被水迅速溶解的示意图
近期，华东理工大学化学与分子工程学院结构可控先进功能材料及其制备教育部重点实验室陈彧教授团队（www.chenyu.polymer.cn）合成了一种具有高度水溶性的聚噻吩共轭聚电解质，并以其为活性层，成功地制备了一个柔性瞬态忆阻器：Al/PTT-NMI+Br-/ITO（图1）。该器件在±3V的扫描电压范围内显示出典型的非易失性可擦写阻变存储性能（图2）。在±1V的小扫描电压范围内则表现出忆阻性能，可以借此模拟生物系统的学习-记忆-遗忘功能和突触增强/抑制特性。即使在各种弯曲状态下，该器件也表现出良好的双稳态开关阻变和忆阻效应（图3-5）。开关与信息存储机制可能与外加电场时离子迁移过程高度相关。由于材料在水中的溶解性可达到5mg/mL，用水冲洗后，制成的电子器件在 20 秒内迅速损坏（图6）。这种电子存储器件是一种典型的瞬态器件，若经电子封装，则可以长期稳定工作。此外，可溶性活性材料可以很容易地从其水溶液中加以回收并重新用于制造新的瞬态忆阻器。这项工作也为设计和构筑能用水快速销毁的神经形态计算系统提供了一个新的思路。相关成果以“Water-Soluble Polythiophene Conjugated Polyelectrolytes-based Memristor for Transient Electronics”为题在线发表在ACS Applied Materials & Interfaces。华东理工大学博士研究生王可心为论文第一作者，课题组负责人陈彧教授为通讯联系人，课题组张斌副教授为共同通讯作者。本项研究得到国家自然科学基金委（51961145402, 51973061）和上海市科委（19ZR1413100、21QA1402100）等部门的经费资助。
图2： (a) 样品水溶液照片；(b) Al/PTT-NMI+Br-/ITO coated PET器件结构示意图；(c) PTT-NMI+Br-薄膜的导电原子力显微镜图像（扫描尺寸：10×10 μm2）；(d) 器件的电流-电压特性曲线；(e)在0.5V恒定电压下，器件运行的时间稳定性测试；(f) 读取脉冲对器件开启和关闭状态电流的影响（插图显示用于测量的脉冲）；(g) 器件在±4V的开关脉冲下的耐久性能。脉冲宽度=100ms；脉冲周期=300ms；（h）“写-读-擦除-读”循环操作下的脉冲电压模式（黑色）和相应的电流响应（红色）。
图3： (a)不同弯曲状态下的柔性存储器件（左：压缩状态；右：拉伸状态）；器件在（b）压缩和（c）拉伸状态下的电流-电压特性；（d）50个不同器件在压缩（紫色）、平整（绿色）和拉伸（粉色）状态下的开关电压和（e）开启与关闭状态下的电流的箱线图；（f）器件在重复弯曲应力下的保留特性。
图4：(a) Al/PTT-NMI+Br-/ITO器件在±1V扫描范围内的电流-电压特性；在 (b) -1V 和 (c) 1V 处读取的偏差电流和电压扫描数之间的线性关系；器件在 (d) -1V 和 (e) 1V 脉冲电压下的时间保持性能；(f) 连续升压和降压刺激下的器件电流变化；(g-k) “学习-遗忘-再学习-再遗忘”过程的演示。电压脉冲的幅度、持续时间和周期分别为 1 V、10 ms 和 2s。在 -0.2 V 的小电压下监测电流响应。
图5：Al/PTT-NMI+Br-/ITO coated PET器件的频率依赖的突触增强和脉冲频率依赖可塑性：（a）本工作使用的脉冲频率示意图；器件在10个不同频率的脉冲刺激下(b)电流和(c)电流变化(ΔI)的变化过程;（d）器件与脉冲间隔相关的可塑性。双脉冲易化（PTP）和强直后增强（PPF）的拟合公式为y=y0+Aexp(-x/t)，电压脉冲的幅值为1 V，持续时间为10 ms。用-0.2 V的小电压监测电流响应。
图6：Al/PTT-NMI+Br-/ITO器件的活性层在20s内被水溶解过程的照片。
我国集成电路工业面临着美国的制裁，所有关键设备和关键材料都在禁运之列。突破基于冯诺依曼架构的算力瓶颈和摩尔定律限制，已经成为后摩尔时代人工智能芯片领域的重要创新方向。为了解决卡脖子问题，陈彧教授团队在国家基金委重点基金、国际合作基金等项目资助下，长期致力于非易失性高分子阻变存储和忆阻器功能材料研究工作，获得了一些原创性的研究成果：1)通过二维有机共轭策略在国际上首次制备了良率高达90%的纳米级高分子忆阻器，在100纳米尺度范围内发生了均匀的忆阻调变，器件响应时间小于20纳秒，功耗仅10 fJ/bit，开关电压仅为0.35伏。利用单一聚合物忆阻器实现了多值信息存储与处理功能的集成，为有机高分子忆阻器的小型化、高密度与低功耗集成提供了新的思路；2）设计制备了一系列高分子共价修饰的石墨烯及类石墨烯纳米材料，实现了这些纳米材料的溶液加工，在国际上制备了第一个基于氧化石墨烯的高分子非易失性阻变存储器件；3) 提供了一种通过控制聚合物薄膜形貌实现高性能聚合物存储器件性能的有效方法。将偶氮基团的电荷捕捉和分子构象变化效应引入聚乙烯咔唑侧链，构建了新型具有给体-势阱-受体的结构单元，促进了器件的长期稳定性。迄今为止已在Nature Commun. (2019, 10, 736；2021, 12, 1984 )、Angew. Chem. Int. Ed. (2018, 57:4543-4548)、Chem. Soc. Rev.(2012, 41(13): 4688– 4707）、Adv. Mater.( 2010, 22, 1731–1735)等SCI期刊上发表影响因子大于5的信息存储论文50余篇, 获授权发明专利三项。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c04752
