隨著信息的爆炸式增長和計算速度的快速演進，具有高安全性、高速、低時延、低干擾特性的光通信系統技術在人工突觸記憶體的各種應用中被迫切需要，如：加密存儲、可穿戴感覺運動和非易失性閃存，而有機光子晶體記憶體正迅速成長為下一代不可或缺的光通信系統。然而，由於作為促進劑的光適應性材料之局限性與其模糊的運行機制，導致基於光子晶體的元件的發展緩慢。
在我們之前的研究中，通過引入不同的受體基團之共軛施-受體聚三苯胺聚合物（PTPA）作為光子晶體駐極的全接觸材料，來精確控制發光行為、相應的發射波長以及能階，讓聚三苯胺可以成為光子記憶體或光記錄器應用的優秀候選者。在這項研究中，設計了由供體-受體組成具有典型聚集誘導發光（AIE）行為的共軛聚合物（圖一），並成功發現了高性能光可編程記憶體，並且利用穩態PL以及脈衝PL方式得到證實光增強記錄行為的機制（圖二）。在半導體和 AIE 聚合物駐極材料之間的界面上（沒有施加垂直和平行電場）同時光激發後形成的層間激子的重組（其中半導體提供電子，而駐極體材料提供電洞），即為光寫入現象只需要雙層激發，而不是傳統晶體記憶體元件所需的垂直電場（圖三）。此AIE 聚合物記憶體元件具有0.1 ms的超快光響應時間、高達106的出色電流開關比以及超過40000 s的保持穩定性而且無顯著耗散（圖四）。此外，光響應AIE聚合物駐極體不僅可藉發射波長調節記憶體元件性能，而且通過施調整體和受體的扭轉角，輕鬆將非揮發性記憶體中的快閃記憶體性為轉換為WORM。（高分子所劉貴生教授提供）
圖一 (a) 所研究的光可編程光子晶體記憶體元件、相關分子結構和發光特性的示意圖。 (b-g) 光編程狀態的轉移特性以及相應的(b, e) PTPA-CN、(c, f) PTPA-CNBr和(d, g) PTPA-3CN的紫外光-可見光吸收光譜。將元件暴露於不同波長的固定光強度 (5 mW) 下進行5秒光編程操作，並在3分鐘後測量轉移曲線。所有電流都是在真正黑暗中、固定汲極電壓 (VDS = -60 V) 下測量的。（藍光：395-415 nm；綠光：522-542 nm；紅光：640-660 nm）
圖二 (a) PTPA-CN（虛線）、雙層之並五苯/PTPA-CN（實線）和(b) PTPA-CNBr（虛線）、雙層之並五苯/PTPA-CNBr（實線）的穩態PL光譜，激發波長為405至 650 nm。(c)由並五苯和 AIE 聚合物組成的單層AIE聚合物和雙層結構的歸一化PL光譜。1.78 eV附近的新發射帶表明層間激子的形成。（λex = 405 nm）(d) 並五苯/PTPA-CN 和並五苯/PTPA-CNBr 雙層的能階排列圖示。並五苯/PTPA-CN和並五苯/PTPA-CNBr雙層的光激發導致緊密結合的層間激子，電子（e-）在並五苯中，電洞（h+）在AIE-聚合物中。(e)雙層和單並五苯結構在405和576 nm激發下的PL光譜。(f)並五苯/PTPA-CNBr 雙層結構的歸一化脈衝 PL 光譜（從10 kHz到100 MHz的不同入射頻率，持續時間為60 ps）。
圖三 PTPA-CNBr駐極之光子晶體記憶體元件在藍光照射下光編程機制示意圖。
圖四 通過使用固定波長為 405 nm 的光刺激和曝光時間， 在VDS = -60 V和Vread = 20/15 V下的(a) PTPA-CN與(b) PTPA-CNBr光子晶體存儲器的瞬態特性（從 1 秒到 10 秒不等）。(c) PTPA-CN 和 PTPA-CNBr 元件長期穩定性的讀取電流。PTPA-CNBr 光記憶體在VDS = -60 V 下的多階行為，在(d) 藍光和(e) 白’手電筒下照明時間為0.1 ms共5次。具有(f) PTPA-CN和(g) PTPA-CNBr駐極的光子晶體記憶體元件的連續性柵極偏壓測試。Step 1：+50 V電編程脈衝，重複3次；Step 2：藍光下5/1 s光編程脈衝，進行一次；Step 3：-50 V電擦除脈衝，重複20次；Step 4：在 20/15 V 的柵極偏壓下讀取，VDS = -60 V。