中国科学院近代物理研究所在纳米流体忆阻器中离子动力学调控研究方面获新进展
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水基纳米流体离子器件在脑机接口、生物兼容计算等前沿领域具有独特优势。近期，中国科学院近代物理研究所重离子科学与技术全国重点实验室科研团队联合兰州大学、河北地质大学等合作者在单离子径迹纳米通道中成功实现了稳定的离子忆阻效应，并通过精准调控实现了可编程转变的忆阻与突触功能，为下一代低功耗神经形态计算硬件的开发提供了新的技术路径。相关成果于7月22日发表在《Small》期刊上。
科研人员依托兰州重离子研究装置(HIRFL)的微束单离子辐照和径迹蚀刻技术，制备出单锥形(SCN)和双锥形(BCN)两种构型的纳米流体忆阻器件。实验表明，两类器件均表现出优异的循环稳定性，在经过数百次开关循环后仍能保持稳定的忆阻性能。
研究还进一步发现，通过改变器件两侧电解质中的离子种类(钾、镁、铁离子)，忆阻器可在“单极”、“双极”或“混合”三种模式间实现灵活切换，且忆阻模式可随阳离子价态变化及连续电压循环发生可编程转变。研究揭示，离子积累与耗尽机制是忆阻开关行为和突触可塑性的统一物理起源，这一机制得到了 COMSOL 多物理场模拟的定量验证。
在能效表现方面，该器件单次突触事件的能耗仅约13.2 pJ。人工神经网络训练模型在小尺寸 MNIST 手写数字识别任务中达到了94.5% 的识别准确率，验证了该纳米流体忆阻器件在神经形态计算中的应用潜力。
该工作得到了中国科学院先导科技专项、甘肃省重大专项及国家自然科学基金等项目的支持。本论文的第一作者为中国科学院大学博士研究生Muhammad Jahangeer，通讯作者由兰州大学王琦教授与中国科学院近代物理研究所杜广华研究员共同担任。
图： 纳流忆阻器中离子累积/耗尽过程调控下的突触增强与抑制效应演化
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