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首次实现全光控忆阻器

作者:来源:发布时间:2021-02-01

  近日,《Advanced Functional Materials》期刊在线发表了题为《All‐Optically Controlled Memristor for Optoelectronic Neuromorphic Computing》的研究论文,该论文被选为当期封面论文。该研究由中国科学院宁波材料所先进纳米材料与器件实验室、中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心诸葛飞研究组完成。该研究基于较成熟的氧化物半导体材料,在国际上首次研发出全光控忆阻器。仅仅通过改变入射光信号的波长,就可实现器件电导态的可逆调控,并且具有非易失性。

  类脑计算直接在硬件上模拟人脑功能,有望实现速度更快、能耗更低、硬件消耗更少的新一代人工智能。忆阻器结构简单,易超高密度集成,因此是实现类脑计算较为理想的元器件。但是,目前报道的忆阻器,工作机制涉及离子迁移,从而改变器件微结构,并且需要较高电压或电流来调节电导变化,产生的大量焦耳热进一步加速微结构变化,导致器件稳定性能恶化,难以得到实际应用。

  近年来,诸葛飞研究组围绕忆阻器的稳定性问题,开展了系列研究,包括超低电压忆阻器(Advanced Materials, 2017, 29: 1606927;Applied Physics Letters, 2020, 116: 221602)、纯电子型忆阻器(Applied Physics Letters, 2016, 108: 013504;Applied Physics Letters, 2016, 109: 143505)等,并受邀撰写忆阻器及类脑器件领域综述论文(Advanced Materials Technologies,2019, 4: 1800544;Physica Status Solidi–Rapid Research Letters, 2019, 13: 1900082)。

  研究发现,电导全光调控机制可能为光诱导氧化物界面势垒宽度的可逆变化。在此基础上,通过设计光信号的组合方式,成功实现了类人脑的脉冲时间依赖可塑性学习。

  全光控忆阻器工作机制不涉及微结构变化,并且所需光信号的功率密度非常低(~20 μW/cm2或更低),从而为克服忆阻器的稳定性难题提供了一条全新途径。此外,全光控忆阻器能实现感、存、算一体,可用于构建新一代人工视觉系统。

  以上工作得到中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心、国家自然科学基金面上项目、中国科学院战略性先导专项、浙江省自然科学基金重大项目等资助。

图1 (a) 全光控忆阻器工作模式示意图;(b) 全光信号调控下的电导可逆转变;(c) 类人脑学习规则模拟

 

图2封面论文

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