Advanced Science:多功能存储器助力压力感知识别记忆

当前,人工智能的发展得到越来越广泛的关注,研发具有模拟人类感知、识别并记忆外界环境的感知识别记忆技术日益重要。目前,感知记忆研究主要通过将传感单元与存储单元集成实现对人类的视觉、听觉及触觉等感知记忆功能进行模拟。但是这些系统由于存储单元只具有单一存储模式,故只能对外界刺激有无进行记忆,无法对刺激强弱进行识别记忆。因此,发展多功能存储单元是识别记忆不同刺激强度的关键。近年来,聚合物基阻变存储器件(RRAM),因其具有结构可调、功能可控、制程简单和成本低廉的特点,在新型数据存储、逻辑运算与突触模拟研究方面取得了巨大进展。当前这类元件大多亦只实现单一功能,限制了其功能多样化与应用智能化,理性设计多功能聚合物基阻变存储器并探索其在感知识别记忆领域的应用具有现实意义。

南京工业大学先进材料研究院的黄维院士、刘举庆教授团队通过理性设计界面形貌,制备出一种多功能的聚合物基阻变存储器件,并将其应用于压力感知识别记忆系统,模拟了人类对弱刺激的感知-记忆-遗忘过程以及对强刺激的感知-深刻记忆(无法遗忘)过程。相关结果发表在Advanced Science(DOI:10.1002/advs.201902864)上。

在器件制备过程中,研究人员通过简单旋涂法,在石墨烯电极表面与聚合物阻变层界面处分别构筑了纳米褶皱形貌与纳米孔洞结构。所构筑器件在低扫描电压下(-3~3 V)呈现整流特性,在-4~4 V的扫描区间表现出可逆的阻变行为(Flash),当进一步提高扫描电压时(-5~5 V),该器件呈现出不可逆的阻变行为(WORM)。通过对比实验证明该可逆阻变行为由纳米孔洞主导,而不可逆阻变行为是下电极表面处的纳米褶皱导致。同时,通过限制该器件执行写入操作时的电流,还能够实现低功耗存储与多阶存储功能。最后,研究人员将该多功能聚合物阻变存储器与商业化的阻变式压力传感器进行集成,通过对传感单元施加不同大小的压力,并由存储单元进行记录,成功实现了存储器单元对“轻触”压力模式的可擦除记忆与“重击”压力模式的不可擦除记忆,模拟了人类对弱刺激的记忆-遗忘过程以及强刺激的深刻记忆(无法遗忘)过程。这项工作对今后设计结构简单、功能多样化的智能存储器及感知识别记忆系统提供了有益借鉴。