憶阻現象中一些基礎物理問題的研究

《憶阻現象中一些基礎物理問題的研究》是依託南京大學，由夏奕東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：憶阻現象中一些基礎物理問題的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：夏奕東
• 依託單位：南京大學

項目摘要

憶阻器是最有可能實現人腦中突觸功能的電子器件，可以通過其阻態的改變來記憶流經它的電荷數量，從而記憶過往的狀態。這類似於人類大腦蒐集、理解一系列事物的模式。通過發展憶阻技術有望構建人工神經網路進而獲得仿生類大腦功能的硬體。但是，憶阻現象中有大量基礎科學問題亟待解決，特別是其物理圖像至今仍然未知。本項目將在探索憶阻關鍵材料製備技術以及憶阻器件微加工技術的基礎上，研究憶阻現象中幾項關鍵參數；從熱力學角度出發研究憶阻現象中若干基礎問題；並進一步研究憶阻現象的動力學過程、析出相的演化行為、憶阻弛豫行為以及憶阻過程中界面勢壘的演化。希望通過澄清這些基礎科學問題，為發展具有我國自主智慧財產權的憶阻器關鍵技術奠定理論基礎，並且為我國人工神經網路的發展做出貢獻。

結題摘要

憶阻器利用了某些阻性存儲材料可模擬大腦信號累積和激活等類突觸特性，具備信息處理與運算功能，對發展“類腦”人工認知器件具有重要的引領作用。本項目聚焦在憶阻器的結構設計、原理驗證與新材料探索，針對以下科學問題開展了研究：1、憶阻器件的新結構與新效應，如憶阻“算盤”等新概念；2、憶阻存儲的新原理，如理解憶阻材料微結構的演化規律；3、實現憶阻存儲與運算相融合等人工認知器件的方法。我們圍繞幾類代表性的憶阻材料（包括固體電解質材料如銀鍺硒，氧化物材料如TiO2，鐵電材料如用於鐵電隧道結的BaTiO3超薄膜，聚合物材料如聚乙烯醇PVA等），分別開展了針對性的研究。我們根據唯象理論提出了憶阻系統的電荷誘導相變理論，並研究了憶阻系統在不斷注入電荷過程中的動力學回響行為。為了驗證憶阻相變理論，我們採用原位加電場的TEM電鏡技術表征了銀鍺硒憶阻系統中導電析出相的演化規律，並為此發展了一種用於固體電解質憶阻器原位TEM觀測的樣品製備技術。我們在銀鍺硒固體電解質材料中發現了不同於傳統電化學理論的導電網路的形成規律，證實了構成導電通道的是正交相Ag2Se，而不是之前普遍認為的由電化學沉積所形成的Ag。在憶阻原理研究的基礎上，本項目提出了幾種基於憶阻系統的新器件。利用銀鍺硒憶阻器構建了一類憶阻“算盤”，發展了一種憶阻運算方法，為實現同時勝任信息存儲與運算處理功能的器件提供了關鍵技術。採用PVA材料構建了一類柔性類突觸器件，模擬了人手幾個特徵區域對應的曲率條件下器件的突觸可塑性，為在電子皮膚中執行觸覺與生理信號的處理等功能創造了可能。利用鐵電隧道結憶阻器構建了一類人工認知器件，以處理字元為例，執行了“認知神經科學”中“編碼－訓練－記憶固化－信息取回”關鍵環節。這些研究為發展人工認知器件和類腦計算提供了新方案。