在科技探索的前沿，一項(xiàng)突破性的成果正引領(lǐng)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域邁向新高度。近日，沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)與浙江大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)攜手，成功研發(fā)出全球首款全光譜可編程光控憶阻器，這一創(chuàng)新成果在國(guó)際權(quán)威期刊Nature Nanotechnology上發(fā)表，引起了廣泛關(guān)注。
這款光控憶阻器的問世，標(biāo)志著三大顛覆性創(chuàng)新的實(shí)現(xiàn)。首先，它突破了傳統(tǒng)光控憶阻器的光譜限制，采用氮化硼（hBN）和硅（Si）的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了從紫外到近紅外波段（375-1064nm）的全光譜響應(yīng)，波長(zhǎng)響應(yīng)范圍較現(xiàn)有技術(shù)拓寬了400%。這一突破為光學(xué)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的未來發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
其次，該器件具備獨(dú)特的三態(tài)可切換光控記憶功能。在低功率激光照射下，它能夠模擬生物神經(jīng)元的短期記憶，實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)記憶的激活；而在高功率激光下，則可形成長(zhǎng)期穩(wěn)定記憶，實(shí)現(xiàn)信息的永久存儲(chǔ)。僅需單波長(zhǎng)激光即可完成模式重構(gòu)，賦予設(shè)備更高的靈活性和適應(yīng)性。
再者，這款光控憶阻器在極端環(huán)境下展現(xiàn)出卓越的穩(wěn)定性與可靠性。在300℃高溫下，它能連續(xù)運(yùn)行106次且性能無衰減，保持時(shí)間超過40,000秒。同時(shí)，該器件支持4英寸晶圓級(jí)均勻制備，尺寸可精確控制至500nm，為大規(guī)模應(yīng)用提供了可能。
研究團(tuán)隊(duì)詳細(xì)解析了這款全球首款hBN/Si光控憶阻器陣列的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備工藝，包括低溫PECVD生長(zhǎng)hBN薄膜、界面表征、4英寸晶圓實(shí)物及多維度制備細(xì)節(jié)驗(yàn)證。他們還展示了光控憶阻器的多模式電學(xué)特性與性能驗(yàn)證圖，包括在不同光照/黑暗條件下的電阻切換行為、超長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定存儲(chǔ)以及陣列光寫入圖案等。
這款光控憶阻器的另一大亮點(diǎn)是其全光譜響應(yīng)能力。研究團(tuán)隊(duì)通過5種激光波長(zhǎng)驗(yàn)證了其超寬帶響應(yīng)，覆蓋人眼可見光及部分紅外波段。與其他材料相比，該器件在光耦合開關(guān)比與響應(yīng)波長(zhǎng)范圍上均處于全球領(lǐng)先地位。
在原理驗(yàn)證方面，研究團(tuán)隊(duì)展示了光編程實(shí)現(xiàn)憶阻器多態(tài)記憶訓(xùn)練的過程。通過弱光與強(qiáng)光下的脈沖切換行為，以及讀取時(shí)低電壓穩(wěn)定識(shí)別“長(zhǎng)期記憶”的特性，該器件完美模擬了人腦神經(jīng)突觸的“短期→長(zhǎng)期記憶”轉(zhuǎn)化過程。這一成果不僅突破了光控憶阻器的性能瓶頸，也為下一代光學(xué)神經(jīng)形態(tài)硬件的實(shí)現(xiàn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
隨著這一技術(shù)的不斷成熟，光控憶阻器有望在智能視覺、邊緣計(jì)算等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。在更加復(fù)雜和多變的環(huán)境中，它將能夠執(zhí)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、信息存儲(chǔ)等任務(wù)，助力人工智能和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的進(jìn)一步發(fā)展。
