基于馮·諾依曼架構(gòu)的傳統(tǒng)數(shù)字計(jì)算機(jī)，其數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)分離結(jié)構(gòu)限制了其工作效率，同時(shí)帶來(lái)巨大功耗，無(wú)法滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)時(shí)代下計(jì)算復(fù)雜性的需求。同時(shí)，上述缺陷也阻礙了深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展。而借鑒人腦神經(jīng)突觸結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低功耗、高低阻態(tài)連續(xù)可調(diào)的非易失性阻態(tài)憶阻器是實(shí)現(xiàn)類(lèi)腦神經(jīng)形態(tài)計(jì)算中至關(guān)重要的一步。

　　目前，模仿生物神經(jīng)系統(tǒng)中突觸間隙神經(jīng)遞質(zhì)釋放過(guò)程與電信號(hào)傳遞處理調(diào)控構(gòu)建的多柵極人造神經(jīng)元晶體管常表現(xiàn)出高低電阻態(tài)的突變。然而，基于二維材料的兩端電阻開(kāi)關(guān)器件通常表現(xiàn)出從高電阻狀態(tài)到低電阻狀態(tài)的突變。

　　為解決上述問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員丁古巧課題組與深圳大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授韓素婷、深圳大學(xué)高等研究院研究員周曄合作，利用新型碳基二維半導(dǎo)體材料C3N實(shí)現(xiàn)了可調(diào)突觸行為的人工突觸模擬憶阻器。該器件可以實(shí)現(xiàn)電阻值隨著連續(xù)的電壓掃描而逐漸變化的典型的憶阻行為。近常壓X射線光電子能譜證實(shí)C3N薄膜中的質(zhì)子傳導(dǎo)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了器件的憶阻特性。C3N中大量的晶格N原子使其成為高質(zhì)量的質(zhì)子接受材料。與此同時(shí)，在C3N與PVPy之間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)有助于質(zhì)子傳導(dǎo)。該憶阻器能實(shí)現(xiàn)多種生物突觸中的突觸可塑性模擬，包括興奮性突觸后電流、雙脈沖易化、雙脈沖抑制、雙脈沖易化轉(zhuǎn)換為雙脈沖抑制以及強(qiáng)直后增強(qiáng)等。

　　該項(xiàng)工作表明，基于質(zhì)子傳導(dǎo)憶阻器的人工突觸在進(jìn)一步構(gòu)建神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)中具有巨大潛力。同時(shí)，該工作也是新型碳基二維半導(dǎo)體材料C3N應(yīng)用研究的又一突破。相關(guān)工作以Tunable Synaptic Behavior Realized in C3N Composite based Memristor 為題，于《納米能源》（Nano Energy）在線發(fā)表，第一作者為深圳大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副研究員周黎和上海微系統(tǒng)所博士后楊思維。

　　該工作得到博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃（BX201700271），博士后面上項(xiàng)目（2017M621564），國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（11774368）、青年基金（11804353），上海科技成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目（18511110600）的支持。