人脑可以结合语言、视觉、听觉和计算等多种复杂的认知功能于一身，这主要归功于其中1011数量的神经元和1015数量的神经突触所构成的集合统一结构。忆阻器在传输原理及结构方面与神经突触具有天然的相似性，因此被认为是模拟人工神经突触最有潜力的电子器件之一。作为二维材料家族的新兴成员，MXene Ti3C2在本课题组的工作(Small 2019, 15, 1900107)中已被提出具有作为传统金属氧化物忆阻器功能层可替代材料的潜力，且表现出了超快的脉冲调控速度。然而开关过程中的电流突变效应会阻碍了其作为神经突触器件的进一步应用。因此如何从器件结构和物理机制方面根本性的解决该问题，对构建出下一代低功耗、可计算的新型人工神经突触器件具有重要意义。
有鉴于此，河北大学电子信息工程学院闫小兵教授课题组以“MXene Ti3C2memristor for neuromorphic behavior and decimal arithmetic operation applications”为题在国际著名学术期刊Nano Energy(DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105453，影响因子：16.602)上发表研究成果。
该工作从器件结构方面入手，采用纳米尺度的银颗粒掺杂用于改善MXene-Ti3C2忆阻器的电学性能，不仅消除了传统MXene材料用于忆阻器功能层所产生的电流突变效应，在电流开关过程中获得了适用于神经突触器件的双向连续电流变化。而且该方法还使得改良后的MXene Ti3C2忆阻器产生一个脉冲尖峰的功耗降低至0.35 pj(图1)。
图1. MXene: Ag忆阻器的电学性能
MXene Ti3C2纳米片中存在一定的缺陷位点。通过有限元模拟和微观形貌的探索认为MXene Ti3C2纳米片受到脉冲电压刺激后，器件内部的缺陷位点的电流密度远高于非缺陷位点，从而具备吸引内部金属离子的能力。这种微观现象在宏观上使得金属导电丝在稳定范围内发生聚集和断裂，这为器件产生优越的可控性与重复性提供了保障(图2)。
图2. MXene: Ag忆阻器的物理机制
一般来说，十进制计算具有更高逻辑计算能力且对于研究超越二进制系统的新概念计算是非常可取的。本工作在保证器件具有可靠的多级存储特性后，使用器件电流的百分比变化(PCC)应用于十进制算盘的加法和乘法功能。实现了MXene Ti3C2忆阻器在十进制计算（加法和乘法交换律）中的应用（图3）。
图3. MXene: Ag忆阻器的十进制计算功能
本文通讯作者是河北大学闫小兵教授。该工作得到了国家高层次人才特殊支持经费、国家自然科学基金、河北省自然科学杰出青年基金等项目的支持。
来源：高分子科学前沿
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
转载请超链接注明：头条资讯 » 河北大学闫小兵课题组《Nano Energy》：“以小博大”，结构优化助力实现低功耗可十进制计算的MXene忆阻器
免责声明
：非本网注明原创的信息，皆为程序自动获取互联网，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责；如此页面有侵犯到您的权益，请给站长发送邮件，并提供相关证明(版权证明、身份证正反面、侵权链接)，站长将在收到邮件24小时内删除。