寧波材料所實現(xiàn)全光控憶阻器
類腦計算直接在硬件上模擬人腦功能，有望實現(xiàn)速度更快、能耗更低、硬件消耗更少的新一代人工智能。憶阻器結(jié)構(gòu)簡單，易超高密度集成，因此是實現(xiàn)類腦計算較為理想的元器件。但是，目前報道的憶阻器，工作機制涉及的離子遷移會改變器件微結(jié)構(gòu)，并且需要較高電壓或電流來調(diào)節(jié)電導(dǎo)變化，產(chǎn)生的大量焦耳熱進一步加速微結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致器件穩(wěn)定性能惡化，難以得到實際應(yīng)用。
近年來，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進納米材料與器件實驗室諸葛飛研究員圍繞憶阻器的穩(wěn)定性問題開展了系列研究，包括超低電壓憶阻器（Advanced Materials, 2017, 29: 1606927；Applied Physics Letters, 2020, 116: 221602）、純電子型憶阻器（Applied Physics Letters, 2016, 108: 013504；Applied Physics Letters, 2016, 109: 143505）等，并受邀撰寫憶阻器及類腦器件領(lǐng)域綜述論文（Advanced Materials Technologies，2019, 4: 1800544；Physica Status Solidi–Rapid Research Letters, 2019, 13: 1900082）。
為了從根本上解決憶阻器穩(wěn)定性問題，諸葛飛研究員和胡令祥博士生基于較成熟的氧化物半導(dǎo)體材料研發(fā)出全光控憶阻器。僅僅通過改變?nèi)肷涔庑盘柕牟ㄩL，就可實現(xiàn)器件電導(dǎo)態(tài)的可逆調(diào)控，并且具有非易失性。電導(dǎo)全光調(diào)控可能源于光誘導(dǎo)氧化物界面勢壘寬度的可逆變化。在此基礎(chǔ)上，通過設(shè)計光信號的組合方式，成功實現(xiàn)了類人腦的脈沖時間依賴可塑性學(xué)習。
全光控憶阻器工作機制不涉及微結(jié)構(gòu)變化，并且所需光信號的功率密度非常低（～20μW/cm2或更低），從而為克服憶阻器的穩(wěn)定性難題提供了一條全新途徑。此外，全光控憶阻器能實現(xiàn)感、存、算一體，可用于構(gòu)建新一代人工視覺系統(tǒng)。
相關(guān)成果近日以開放獲取的形式發(fā)表在Advanced Functional Materials，2021, 31：2005582（論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202005582），并被選為當期封面論文。該成果也申請了發(fā)明專利（202010322341.6）。
以上工作得到中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、國家自然科學(xué)基金面上項目（61674156, 61874125）、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項（XDB32050204）、浙江省自然科學(xué)基金重大項目（LD19E020001）等資助。
圖1 (a)全光控憶阻器工作模式示意圖；(b)全光信號調(diào)控下的電導(dǎo)可逆轉(zhuǎn)變；(c)類人腦學(xué)習規(guī)則模擬
圖2 封面論文
?。{米實驗室 胡令祥）