基于非钙钛矿相-CsPbI3材料的仿生神经突触研究取得新进展
2020-06-25 20:36   审核人:

 

 

近日,bc365备用网址光电工程系葛军博士等在仿生神经突触研究领域取得了重要进展,报导了以非钙钛矿相CsPbI3为基础的高稳定性人工神经突触器件,这使得制作低成本、高密度的实用型突触阵列器件成为了可能。相关研究成果发表在Nanoscale杂志上(SCI一区),该研究成果由葛军博士、秦杰利博士和潘书生教授等共同合作完成,参与者还有2017级光电专业本科生马泽霖、陈威龙、曹栩诚、颜健锋和房华恒。葛军博士和潘书生教授为本文通讯作者。

     

1. 文章标题及作者

 

神经形态计算具有与人类大脑类似的信息处理机制,因此被认为是解决摩尔定律逐渐失效及突破冯·诺伊曼瓶颈限制的新技术,神经形态计算系统的基本组成单元是仿生神经突触,二端口的忆阻器具有结构简单、集成度好等优势因此被看作是仿生神经突触的理想载体。

目前,相对于有机无机杂化钙钛矿而言,无机钙钛矿材料具有相对优异的温度和环境稳定性,基于全无机钙钛矿忆阻逐渐被人们重视,基于无机钙钛矿   -CsPbI3薄膜的器件已被发现具有非易失性的忆阻特性,但是暴露在大气环境中的 -CsPbI3极不稳定,这限制了器件的使用环境。因此,探索出一种环境稳定性优异且具有仿生神经突触能力的忆阻器件十分关键。

在本研究中,团队首次制作并表征了一种基于 -CsPbI3薄膜的阈值型忆阻器  -CsPbI3属于非严格意义上的无机钙钛矿结构,具有更加良好的湿度、温度、氧气等常规环境稳定性。器件结构为Ag/PMMA/  -CsPbI3/ITO/glass的交叉棒阵列(Crossbar array)结构,该结构使器件架构实现高度集成和实现矩阵运算成为了可能。 -CsPbI3薄膜使用低温一步溶液旋涂法制作,此工艺具有制备简单、成本低和可大规模制作的优点,同时稳定性好的 CsPbI3阻变层使器件具有很好的鲁棒性(可连续重复工作超过50万次,暴露在空气中存放超过90天后性能依旧稳定)。银纳米团簇在  -CsPbI3介质层中的扩散运动使器件具有了短程记忆、双脉冲易化、双脉冲抑制、脉冲频率可塑性和高信噪比的短程记忆向长程记忆转变等类似于生物神经突触的功能。以上研究结果对开发基于高稳定性无机钙钛矿彩礼的低成本、高性能的实用神经突触器件具有重要意义。

上述工作得到了国家自然科学基金(11847059,  61604045,  51872054)和广东省自然科学基金(2018A030313041)以及广东省教育厅重点项目(2018KZDXM052)等经费的支持。

2.             -CsPbI3薄膜制备及器件cross-bar结构示意图

 

3. a)弛豫过程(b)双脉冲易化(c)脉冲频率可塑性(d)双脉冲易化到双脉冲抑制

 

4. 实现短程记忆和长程记忆的方法与结果示意图

论文连接:https://doi.org/10.1039/D0NR03242E