MoS2神经形态晶体管—打开二维电子器件类脑智能的钥匙

近年来,二维材料由于其具有优异的光电特性而成为当前的研究热点。特别是二维材料层与层之间的范德华力更是导致了这类材料的厚度易于调控和缩小到纳米尺度,将来非常有希望用来打破电子器件的摩尔定律瓶颈。利用二维材料的这些特性,国内外已经有不少关于他们的热门报道,比如光伏太阳能电池、化学生物传感器、集成电路等方面的应用。尽管这些报道十分诱人,但是到目前为止,有关二维电子器件的人造智能仿生方面的研究却报道很少。

传统的计算机是基于冯·诺依曼体系,本身没有思维能力,只能依照固有的程序工作。当它要处理一些复杂计算或者是实时的图像或者声音信息时就显得无比繁重。相比之下,人脑是一个智能系统。它是由多达1011-1012个神经元组成的复杂网络系统,虽然它的功耗只有20W左右,但其学习和认知能力却很强。全世界的科学家一直都梦寐以求能制造出一台像大脑一样聪明的智能计算机。神经元是人脑的基本单元,突触是神经元之间进行信息传递和处理的关键部位。人脑中的信号处理、记忆和学习等功能,都是通过改变神经元和突触中的离子流来实现的。因此,探索具有生物突触功能的二维电子器件,对于在二维纳米系统里面构建智能神经形态网络和实现类脑神经运算具有十分重大的意义。

Smll-wanqing

近日,南京大学万青教授课题组与中南大学何军教授、蒋杰副教授合作报道了首个基于二维MoS2的多端口神经形态晶体管,并在该器件上实现了兴奋性后突触电流,双脉冲易化,动态滤波等仿生功能。研究人员还通过增加一个神经调控输入端,更进一步实现了尖峰脉冲 “与门”和“或门”逻辑功能运算的转变,神经编码乘法与加减法等重要功能的仿生。上述研究结果为二维纳米材料在神经形态电子学领域的应用奠定了良好的基础,同时也为二维纳米类脑智能电子系统的研发提供了一个新思路。相关研究成果近期发表在Small上(10.1002/smll.201700933)。