科研進(jìn)展
近代物理研究所在納米流體憶阻器研究方面獲進(jìn)展
近日，中國科學(xué)院近代物理研究所、重離子科學(xué)與技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)和合作者在納米流體憶阻器研究方面取得重要進(jìn)展。依托蘭州重離子研究裝置（HIRFL）提供的離子束條件，研究團(tuán)隊(duì)利用亞納米通道離子徑跡膜，成功構(gòu)建了一種基于非對(duì)稱離子摻雜的納米流體憶阻器，實(shí)現(xiàn)器件記憶行為由易失性到非易失性的可調(diào)轉(zhuǎn)變，為模擬生物突觸可塑性提供了全新平臺(tái)。相關(guān)成果以“Ion-Doped Nanofluidic Memristors: A Platform for Tunable Synaptic Emulation”為題，于日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊Small。
憶阻器被視為構(gòu)建類腦神經(jīng)形態(tài)計(jì)算體系的核心元件。然而，現(xiàn)有的納米流體憶阻器中的離子的記憶多依賴于濃度極化等瞬態(tài)過程，外電場(chǎng)撤去后離子分布迅速恢復(fù)平衡，記憶信息往往在數(shù)秒內(nèi)快速消散，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)等非易失性功能。
針對(duì)這一問題，研究團(tuán)隊(duì)利用快重離子輻照結(jié)合軟刻蝕技術(shù)，在聚酰亞胺薄膜中制備出直徑約0.5–0.8 nm的直通型亞納米通道，構(gòu)建了具有均勻形貌和表面荷電特性的人工離子通道膜。研究發(fā)現(xiàn)，通過在通道兩側(cè)引入多價(jià)離子（如Ca2+或La3+）的不對(duì)稱摻雜，成功調(diào)控通道內(nèi)離子分布與其遲滯行為，使器件憶阻行為發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變——從易失性單極憶阻轉(zhuǎn)變?yōu)榉且资噪p極憶阻。基于上述機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步利用不對(duì)稱Ca2+摻雜體系，成功模擬了生物突觸的多種可塑性行為，包括雙脈沖易化與抑制、長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)與抑制以及刺激強(qiáng)度依賴響應(yīng)等。
該研究首次證明，多價(jià)離子不對(duì)稱摻雜可在結(jié)構(gòu)對(duì)稱亞納米通道中誘導(dǎo)可編程的離子憶阻行為轉(zhuǎn)變，為開發(fā)低功耗、多功能的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算器件提供了新思路，同時(shí)也為理解生物突觸記憶與可塑性的物理機(jī)制提供了人工模擬平臺(tái)。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金、惠州科技人才項(xiàng)目等支持。
文章鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202514484
圖：基于亞納米通道離子徑跡膜制備的納流體憶阻器仿生原理及其突觸功能演示
（材料研究中心???供稿）
