離子型二維材料用于神經形態計算獲新進展

　　大數據時代，具有強大的計算能力和低功耗的硬件成為人們所需，基于離子遷移的神經形態憶阻器近年來引起了廣泛關注。目前，基于塊狀材料的憶阻器可以通過金屬離子或空位的調制實現多態操作，但仍面臨集成度低、柔性差等挑戰。

　　具有原子級厚度的二維（2D）材料有望用于制造具有高集成密度和良好柔性的憶阻器。此外，電導變化的高線性度、可操作的組態數、器件均一性及工作電流對2D材料基憶阻器的應用有重要影響。

　　為了提高2D材料基憶阻器的性能，使用具有內部功能成分的離子型2D材料以代替外部離子賦予功能成分的材料成為一個潛在的解決方案。

　　近日，清華大學深圳國際研究生院成會明、劉碧錄團隊的最新研究成果發表于《今日材料》，并被當選為亮點文章。

　　研究團隊提出了一種基于離子型二維CuInP2S6的高性能憶阻器。CuInP2S6（CIPS）是一種具有本征可移動離子的層狀材料，電場作用下內部銅離子的遷移可將CIPS的電阻從絕緣狀態切換到導電狀態。

　　由于其本征離子和材料有較好的適配度，有望通過控制 CIPS中內部離子的遷移而獲得的高性能憶阻器。在該研究中，研究人員在原位掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜儀（EDS）測試中發現，CIPS內部的銅離子可以在電場的作用下遷移，并且銅離子遷移過程可以通過改變電場的極性來調控。

　　研究人員通過控制內部離子輸運，CIPS器件的電導呈現出高達1350個連續的線性變化狀態。并且，CIPS憶阻器的操作電流約100 pA，比大部分基于導電細絲的憶阻器低7個數量級。此外，多個CIPS憶阻器在同一條件下的電學性能具有良好的均一性。最后，該研究在基于CIPS憶阻器的模擬系統中實現了高精度的模式識別，并通過CIPS器件陣列實現了多個神經元之間的復雜信號傳輸行為。這些結果表明，離子型CIPS憶阻器是在未來神經形態計算應用中有很好的潛力，并為制備高性能神經形態憶阻器的材料選擇提供了新思路。

　　該研究中，成會明和劉碧錄為本文通訊作者，清華大學深圳國際研究生院博士生孫宇杰、張榮杰為第一作者。