水基纳米流体离子忆阻器件研究获进展

    水基纳米流体离子器件在脑机接口、生物兼容计算等前沿领域具有独特优势。长期以来，如何在该类器件中实现稳定的忆阻效应及可编程的突触功能，是制约其发展的关键难题。

近期，中国科学院近代物理研究所等合作者，在单离子径迹纳米通道中成功实现了稳定的离子忆阻效应，并通过精准调控实现了忆阻与突触功能的可编程转变。研究依托兰州重离子研究装置（HIRFL）的微束单离子辐照和径迹蚀刻技术，制备出单锥形和双锥形两种构型的纳米流体忆阻器件。实验表明，两类器件在历经数百次开关循环后仍保持稳定的忆阻性能。

研究进一步发现，通过改变器件两侧电解质中的离子种类（钾、镁、铁离子），忆阻器可在单极、双极或混合三种模式间灵活切换，且忆阻模式可随阳离子价态变化及连续电压循环发生可编程转变。研究揭示了离子积累与耗尽机制是忆阻开关行为和突触可塑性的统一物理起源，并得到多物理场模拟的定量验证。该器件单次突触事件能耗仅约13.2pJ，在MNIST手写数字识别任务中识别准确率达94.5%，验证了其在神经形态计算中的应用潜力。

相关研究成果发表在Small上。研究工作得到国家自然科学基金、甘肃省重大专项及中国科学院先导科技专项等的支持。

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 纳流忆阻器中离子累积/耗尽过程调控下的突触增强与抑制效应演化