科学家首次实现可塑性可调的石墨烯类突触器件

近年来,随着特征尺寸的不断缩小,各种物理和技术上的制约使得微电子器件的发展遇到了瓶颈。类脑计算概念的提出,为微电子芯片的彻底革新提供了崭新的途径。人脑中有数以亿计的神经元,不同的神经元之间又由突触所连接,在这张庞大的神经网络中,突触扮演着最为基础和重要的角色,突触强度的可塑性是实现记忆和学习的基础。作为类脑芯片的基础,类突触器件近年来逐渐成为人们研究的焦点。生物体突触的可塑性是变化的,然而以往的类突触器件的可塑性均是静态、不可调的,这极大制约了类脑系统更高程度智能的实现。

在神经系统中,突触可塑性的表达强度是可变可调控的,这种动态的可塑性与生物体的复杂行为息息相关。通过改变背栅栅压,石墨烯类突触晶体管的电学特性也可以被调制,从而表现出不同类型、不同表达强度的突触可塑性
在神经系统中,突触可塑性的表达强度是可变可调控的,这种动态的可塑性与生物体的复杂行为息息相关。通过改变背栅栅压,石墨烯类突触晶体管的电学特性也可以被调制,从而表现出不同类型、不同表达强度的突触可塑性

清华大学微电子所任天令教授课题组在纳米领域权威期刊《纳米快报》(NanoLetters)上在线发表了题为《可塑性可调的石墨烯动态突触》(“Graphene Dynamic Synapse with Modulatable Plasticity”)的研究论文,首次实现了基于二维材料的类突触器件,该工作利用了石墨烯独特的双极型输运特性,通过改变背栅电压来调控石墨烯的滞回曲线,从而首次实现了类突触器件的可塑性可调。微电子所博士毕业生田禾与硕士生米文天是文章的共同第一作者,任天令教授是论文的通讯作者。

任天令教授课题组创新性的采用双层旋转石墨烯,结合氧化铝作为离子传输层实现了类突触器件,同时通过背栅作为神经调节器,来控制突触后输出电流信号的强度。在负的背栅电压下,可实现兴奋型的类突触行为,在正的背栅电压下,能够将突触行为调制成抑制型,并且还能够模拟突触发育的全过程。这项工作首次实现了类突触器件的可塑性可调,为类脑芯片模仿人脑神经网络更高程度的智能提供了可能,在相关领域具有深远的意义,美国化学学会将会以《类人脑突触让电子系统更加智能》“Imitating synapses of the human brain could lead to smarter electronics”为题在其周报上(Weekly PressPac)发文亮点报道这项工作。

近年来,任天令教授致力于石墨烯等二维电子器件的研究,尤其关注突破传统器件限制的新型器件,为新一代微纳电子器件技术奠定基础,在新型石墨烯基发光器件、存储器件和声学器件等方面已获得了多项创新成果,如光谱可调的石墨烯发光器件,以及存储窗口可调的石墨烯阻变存储器等。该研究成果得到了国家自然基金重点项目支持。

论文链接:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5b03283

原创文章,如若转载,请注明出处。

相关文章

  • 采用分子调控的自组装方式构建新型的超低场磁探针

    磁性纳米粒子在现代科学的众多领域具有广泛的应用,例如核磁共振成像、生物医药、催化、数据存储和环境保护等。通过调节粒子的尺度和几何外观以及分级有序自组装,可以获得磁性纳米粒子优异的特性,利用磁性纳米粒…

    2016-05-16
  • 科学家在高温稳定性贵金属纳米催化剂制备上取得突破进展

    负载型贵金属催化剂由于在CO和碳氢氧化、水煤气转化、选择性加氢等众多化学反应中具有非常突出的催化活性,所以此类催化剂一直是催化领域的研究热点。大量的研究结果表明,贵金属催化剂的活性、选择性和稳定性等催…

    2016-12-08
  • 新技术降低纳米器件的成本

    来源:中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 半导体表面有序纳米结构阵列元器件性能优异,在材料、信息、新能源、环境和生物医学等领域具有广泛的应用。目前常用的制备方法有:纳米压印技术、全息曝光技术、聚焦…

    2017-05-15
  • 中国清华大学在引力波探测中所作出的贡献

    引力波的成功探测激发了全球人的兴致,最近媒体一再报道中国在引力波探测中步伐缓慢,以至于失去这次竞争的机会,但是清华大学作为中国大陆唯一LIGO科学合作组织成员,也对这次探测成功做出了应有的贡献。下面是清…

    2016-02-13
  • 视频 | 麻省理工学院开发强度是钢10倍的多孔石墨烯材料

    MIT的研究小组设计了目前世界上强度最大的轻质材料。通过熔化和压缩石墨烯薄片,他们将石墨烯做成海绵状的立体结构,其强度是钢的10倍,但密度只有钢的5%。 石墨烯被认为是当今所有已知材料中强度最高的,然而,到…

    2017-01-12
  • 中国科学家成功构建可逆单分子光电子开关器件

    利用单个分子构建电子器件有希望突破目前半导体器件微小化发展中的瓶颈,其中实现可控的单分子电子开关功能是验证分子能否作为核心组件应用到电子器件中的关键步骤。在过去20年,分子开关被广泛的研究,但仅有的几…

    2016-06-20