類腦計(jì)算直接在硬件上模擬人腦功能，有望實(shí)現(xiàn)速度更快、能耗更低、硬件消耗更少的新一代人工智能。憶阻器結(jié)構(gòu)簡單，易超高密度集成，因此是實(shí)現(xiàn)類腦計(jì)算較為理想的元器件。但是，目前報(bào)道的憶阻器，工作機(jī)制涉及的離子遷移會(huì)改變器件微結(jié)構(gòu)，并且需要較高電壓或電流來調(diào)節(jié)電導(dǎo)變化，產(chǎn)生的大量焦耳熱進(jìn)一步加速微結(jié)構(gòu)變化，導(dǎo)致器件穩(wěn)定性能惡化，難以得到實(shí)際應(yīng)用。

       近年來，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所先進(jìn)納米材料與器件實(shí)驗(yàn)室諸葛飛研究員圍繞憶阻器的穩(wěn)定性問題開展了系列研究，包括超低電壓憶阻器（Advanced Materials, 2017, 29: 1606927；Applied Physics Letters, 2020, 116: 221602）、純電子型憶阻器（Applied Physics Letters, 2016, 108: 013504；Applied Physics Letters, 2016, 109: 143505）等，并受邀撰寫憶阻器及類腦器件領(lǐng)域綜述論文（Advanced Materials Technologies，2019, 4: 1800544；Physica Status Solidi–Rapid Research Letters, 2019, 13: 1900082）。

       為了從根本上解決憶阻器穩(wěn)定性問題，諸葛飛研究員和胡令祥博士生基于較成熟的氧化物半導(dǎo)體材料研發(fā)出全光控憶阻器。僅僅通過改變?nèi)肷涔庑盘?hào)的波長，就可實(shí)現(xiàn)器件電導(dǎo)態(tài)的可逆調(diào)控，并且具有非易失性。電導(dǎo)全光調(diào)控可能源于光誘導(dǎo)氧化物界面勢(shì)壘寬度的可逆變化。在此基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)光信號(hào)的組合方式，成功實(shí)現(xiàn)了類人腦的脈沖時(shí)間依賴可塑性學(xué)習(xí)。

       全光控憶阻器工作機(jī)制不涉及微結(jié)構(gòu)變化，并且所需光信號(hào)的功率密度非常低（～20μW/cm²或更低），從而為克服憶阻器的穩(wěn)定性難題提供了一條全新途徑。此外，全光控憶阻器能實(shí)現(xiàn)感、存、算一體，可用于構(gòu)建新一代人工視覺系統(tǒng)。

       相關(guān)成果近日以開放獲取的形式發(fā)表在Advanced Functional Materials，2021, 31：2005582（論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202005582），并被選為當(dāng)期封面論文。該成果也申請(qǐng)了發(fā)明專利（202010322341.6）。

       以上工作得到中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（61674156, 61874125）、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)（XDB32050204）、浙江省自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目（LD19E020001）等資助。

圖1 (a)全光控憶阻器工作模式示意圖；(b)全光信號(hào)調(diào)控下的電導(dǎo)可逆轉(zhuǎn)變；(c)類人腦學(xué)習(xí)規(guī)則模擬

圖2 封面論文

（納米實(shí)驗(yàn)室 胡令祥）

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