近日，材料科學(xué)與工程學(xué)院唐明華教授課題組在基于有機(jī)憶阻器件的仿生突觸模擬及神經(jīng)形態(tài)計(jì)算研究方面取得了重要進(jìn)展。研究成果《使用聚電解質(zhì)/三(4-氨基苯基)胺神經(jīng)遞質(zhì)的多孔限制離子憶阻器模擬雙向抑制性突觸》(Mimicking Bidirectional Inhibitory Synapse Using a Porous-Confined Ionic Memristor with Electrolyte/Tris(4-aminophenyl)amine Neurotransmitter)發(fā)表于國(guó)際知名期刊《先進(jìn)科學(xué)》(Advanced Science，中科院1區(qū)Top期刊，影響因子15.1)。我校材料科學(xué)與工程學(xué)院博士研究生陳康為第一作者；我校唐明華教授，南京工業(yè)大學(xué)劉舉慶教授和周哲博士后為該論文的共同通訊作者；我校為論文第一完成單位。

圖1 (a)生物體中抑制性突觸示意圖，(b)器件結(jié)構(gòu)，(c)連續(xù)直流掃描下器件的電流變化，(d)連續(xù)交替脈沖刺激下電流變化

圖2 (a)正負(fù)脈沖下器件的雙脈沖抑制(PPD)行為，(b)和(c)隨脈沖間隔時(shí)間變化的PPD指數(shù)，(d)薄膜孔徑分布，(e)理論條件下膜的孔徑，表明離子通過(guò)膜的遷移，(f) 6次抑制后不同靜置時(shí)間電流增加比例，(g)離子功能層中輸運(yùn)存儲(chǔ)機(jī)制

圖3 雙向抑制性突觸在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行推理和訓(xùn)練完整流程

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)采用固體電解質(zhì)和共軛微孔聚合物雙分子層作為神經(jīng)遞質(zhì)，使該器件在正極性和負(fù)極性偏置下均表現(xiàn)出抑制可塑性，在多次刺激后具有較長(zhǎng)的(~60 min)非易失性記憶特性。此外，為了揭示突觸器件的雙向抑制機(jī)制，團(tuán)隊(duì)采用了Bruauer - Emmet - Teller (BET)測(cè)試和理論計(jì)算，提出了一種微孔限制離子遷移的非揮發(fā)性離子捕獲和去捕獲機(jī)制。論文成功驗(yàn)證了雙向抑制性突觸器件作為神經(jīng)形態(tài)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的可行性。該工作為構(gòu)建納米通道離子記憶材料、實(shí)現(xiàn)完全抑制性突觸器件提供了一條可靠的道路。

該工作得到了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金“后摩爾時(shí)代新器件基礎(chǔ)研究”重大研究計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目的支持。

唐明華教授課題組面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，長(zhǎng)期致力于鐵電存儲(chǔ)器/阻變存儲(chǔ)器、硅漂移探測(cè)器、類(lèi)腦計(jì)算與感存算一體智能芯片技術(shù)研究，在A(yíng)dvanced Materials、Advanced Functional Materials、IEEE Journal of Solid-State Circuits、IEEE Electron Device Letters等著名刊物上發(fā)表SCI收錄論文100余篇（最高單篇引用801次），獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利21項(xiàng)，集成電路布圖設(shè)計(jì)著作權(quán)1項(xiàng)；獲湖南省自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，國(guó)家級(jí)高等教育教學(xué)成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，湖南省高等教育教學(xué)成果獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)3項(xiàng)。

（曾壇）