【InfoMat编辑推荐】神经形态计算

1.Neuromorphic devices based on fluorite-structured ferroelectrics

Dong Hyun Lee, Geun Hyeong Park, Se Hyun Kim, Ju Yong Park, Kun Yang, Stefan Slesazeck, Thomas Mikolajick*, Min Hyuk Park*

德国NaMLab gGmbH创始人之一的Thomas Mikolajick教授与韩国首尔大学Min Hyuk Park助理教授团队综述了HfO₂基铁电体的优点，以及半导体或金属材料与其结合的实用结构面临的技术挑战，总结了基于HfO₂的铁电突触器件或人工尖峰神经元的最新研究。

2.Stretchable, skin-conformable neuromorphic system for tactile sensory recognizing and encoding

Mengge Wu, Qiuna Zhuang, Kuanming Yao, Jian Li, Guangyao Zhao, Jingkun Zhou, Dengfeng Li, Rui Shi, Guoqiang Xu, Yingchun Li, Zijian Zheng*, Zhihui Yang*, Junsheng Yu*, Xinge Yu*

3.Artificial visual-tactile perception array for enhanced memory and neuromorphic computations

Jiaqi He, Ruilai Wei, Shuaipeng Ge, Wenqiang Wu, Jianchao Guo, Juan Tao, Ru Wang, Chunfeng Wang*, Caofeng Pan*

中科院北京纳米能源与系统研究所潘曹峰（Caofeng Pan）教授与深圳大学王春枫（Chunfeng Wang）研究员合作，通过结合力致发光材料与光电突触器件，开发了一种基于光信号耦合的人工视触觉感知阵列，实现了视触觉双模感知的阵列化集成和信号的高效融合。其中，光电突触用于视觉感知，而触觉感知则利用力致发光材料的力-光转换特性将触觉信号转换成光信号来实现光电突触的特性调制，如短期记忆、长期记忆、配对脉冲促进和"学习-体验"行为。

4.Core processing neuron-enabled circuit motifs for neuromorphic computing

Hanxi Li, Jiayang Hu, Anzhe Chen, Yishu Zhang*, Chenhao Wang, Beiduo Wang, Yi Tong, Jiachao Zhou, Kian Ping Loh*, Yang Xu*, Tawfique Hasan, Bin Yu*

基于类脑计算框架，神经形态系统在硬件中实现大规模神经网络。尽管近年来人工神经元和突触的开发取得了快速进展，但进一步的研究已经超出了单一元件，集中在具有特殊兴奋性抑制 （E-I） 连接模式的神经元回路基序上。浙江大学俞滨(Bin Yu)教授、徐杨(Yang Xu)教授联合新加坡国立大学罗健平（Kian Ping Loh）教授展示了一种可用于构建常用神经元回路的核心处理器。该神经元将易失性阈值开关与门调制二维MoS₂ 场效应通道集成在一起，具有超紧凑的物理配置，以处理复杂的 E-I 时空尖峰信号，从而为生物现实的神经形态计算构建了基本的神经元回路。在实际应用，在门控脉冲神经网络中实现了算法-硬件协同设计，显著提升了人类语音分离的性能。

5.Long-term and short-term plasticity independently mimicked in highly reliable Ru-doped Ge₂Sb₂Te₅ electronic synapses

Qiang Wang, Yachuan Wang, Yankun Wang, Luyue Jiang, Jinyan Zhao, Zhitang Song, Jinshun Bi, Libo Zhao, Zhuangde Jiang, Jutta Schwarzkopf, Shengli Wu, Bin Zhang, Wei Ren*, Sannian Song*, Gang Niu*

硬件神经形态计算技术已经成为支撑未来高算力人工智能的重要技术。西安交通大学任巍（Wei Ren）教授、牛刚（Gang Niu）教授团队与中科院上海微系统所宋三年（Sannian Song）研究员团队合作，基于0.13 μm CMOS工艺制备了具有蘑菇结构的钌（Ru）掺杂GST集成器件(RuGST)。通过Ru靶和GST靶共溅射制备RuGST薄膜，分别设置Ru靶材的溅射功率为6 W、8 W和10 W，设置GST靶材的溅射功率为20 W。溅射功率越大，GST中Ru的掺杂浓度越高。以此制备了具有三种Ru掺杂浓度的样品，分别命名为Ru-6、Ru-8和Ru-10。研究了Ru-6、Ru-6和Ru-10的电阻-电压（R-V）特性、HRS/LRS累积概率结果、耐久性以及电阻漂移特性。

6.Homologous gradient heterostructure-based artificial synapses for neuromorphic computation

Changjiu Teng, Qiangmin Yu, Yujie Sun, Baofu Ding, Wenjun Chen, Zehao Zhang, Bilu Liu*, Hui-Ming Cheng*

中科院深圳先进技术研究院成会明（Huiming Cheng）院士和清华大学深研院刘碧录（Bilu Liu）教授团队发明了一种基于同源梯度异质结（HGHS）的忆阻器，包括导电的过渡金属硫族化合物和绝缘的同源金属氧化物。由Ta-TaSxOy-TaS₂ HGHS制成的忆阻器在读取电压范围内表现出连续的增强/抑制行为和可重复的正向/反向扫描，这分别由HGHS中的多个电阻状态和固定的导电丝主导。此外，连续的增强/抑制行为使忆阻器用作突触，基于其自然和动机性的遗忘行为，具有宽频率响应（10^-1-10⁵ Hz，覆盖10⁶个频率范围）和多模式学习（增强、抑制和随机水平模式）。这种基于HGHS的忆阻器对于5×7器件阵列也显示出良好的均匀性。

7.Artificial optoelectronic synapse based on spatiotemporal irradiation to source-sharing circuitry of synaptic phototransistors

Seungho Song, Changsoon Choi, Jongtae Ahn, Je-Jun Lee, Jisu Jang, Byoung-Soo Yu, Jung Pyo Hong, Yong-Sang Ryu, Yong-Hoon Kim*, Do Kyung Hwang*

受兴奋性和抑制性突触的启发，韩国科学技术研究院Do Kyung Hwang研究员和成均馆大学Yong-Hoon Kim教授开发了一种人工光电突触，具有仅由光输入触发的增强和抑制特性。通过将兴奋性和抑制性突触光电晶体管串联连接，用光脉冲时空照射光电晶体管通道可以实现人工光电突触的特性。此外，无需比较器等电子元件即可实现负突触权重。利用这些属性，人工光电突触可以对三位数进行分类，识别率高达98.3%，并通过模拟向量矩阵乘法进行图像预处理。

8. Simultaneous resistance switching and rectifying effects in a single hybrid perovskite

Xuefen Song, Junran Zhang, Yuchi Qian, Zhongjing Xia, Jinlian Chen, Hao Yin, Jing Liu, Linbo Feng, Tianyu Liu, Zihong Zhu, Yuyang Hua, You Liu, Jiaxiao Yuan, Feixiang Ge, Dawei Zhou, Mubai Li, Yang Hang, Fangfang Wang, Tianshi Qin*, Lin Wang*

南京工业大学王琳（Lin Wang）教授团队成功在单一钙钛矿 (NH₂CHNH₃)₃PbI₅（简称(IFA)₃PbI₅）中实现了自整流忆阻器。研究发现，位于Ag和ITO交叉电极阵列之间的 (IFA)₃PbI₅ 材料，其碘离子极易被激活并发生扩散或迁移行为，该行为在阻变与整流行为中发挥了关键作用：碘离子在体相中的迁移助力实现忆阻行为；碘离子与 Ag 电极发生反应促进了界面 AgI 的自发形成，其中 n 型 AgI 与 p 型 (IFA)₃PbI₅ 的完美组合促使器件产生了类似于 p-n 二极管的整流效应。此外，该自整流忆阻器具有创纪录的SET功耗（~ 3.6 mW）和低的SET电压（~ 0.93 V），展示了钙钛矿离子的多功能性，为未来高密度、低功耗存储器的发展提供了新的方向。