在當今大數(shù)據(jù)時代，全社會信息量呈爆炸式增長，對高效能計算機提出了迫切需求。然而，在傳統(tǒng)馮·諾依曼計算機中，存儲器和處理器分立存在，二者之間的數(shù)據(jù)交換過程嚴重限制了計算機的實際運行速度，被稱為“馮·諾依曼瓶頸”。為突破這一瓶頸，迫切需要研發(fā)具有“存算一體化”功能的新型電子器件，如存儲器內(nèi)邏輯器件和類腦神經(jīng)形態(tài)器件。另一方面，相比于電信號，光信號具有速度快、帶寬高、抗串擾等潛在優(yōu)勢，并且能夠感知周圍環(huán)境變化，實現(xiàn)信號傳感和處理功能集成。因此，發(fā)展新型“存算一體化”光電器件，對突破“馮·諾依曼瓶頸”和構(gòu)建高效能計算機具有重要意義。 dUyit-  
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近年來，中國科學院磁性材料與器件重點實驗室（中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所）李潤偉研究團隊圍繞新型“存算一體化”光電器件開展了系列研究工作。首先，選用光敏半導體CeO_2-x，構(gòu)建了結(jié)構(gòu)為Al/AlO_y/CeO_2-x的“金屬/絕緣體/半導體”異質(zhì)結(jié)，發(fā)現(xiàn)其具有電場可擦除的持續(xù)光電導效應。利用該效應對光脈沖頻率、強度和數(shù)目的高靈敏特性，在單一器件實現(xiàn)了光信息解碼、計數(shù)與存儲功能的集成（Adv. Mater.2015, 27, 2797-2803）。在此基礎上，將光和電脈沖作為輸入邏輯信號，實現(xiàn)了可重構(gòu)的非易失“與”和“或”邏輯門，并展示了其在非易失圖像處理方面的廣闊應用前景（ACS Nano 2017, 11, 11298-11305）。 3FR'N%+  
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最近，副研究員高雙等人進一步簡化器件結(jié)構(gòu)，選用高功函數(shù)的透明導電氧化物ITO和表面缺陷態(tài)豐富的半導體氧化物Nb:SrTiO₃，構(gòu)建了ITO/Nb:SrTiO₃全氧化物肖特基異質(zhì)結(jié)。測試結(jié)果表明，在整個可見光范圍，該異質(zhì)結(jié)都具有部分易失的光響應特性，且響應效率隨光波長變短而增強。在脈沖光激勵下，該異質(zhì)結(jié)對響應結(jié)果具有神經(jīng)形態(tài)處理特性，表現(xiàn)出神經(jīng)突觸的雙峰易化、短/長時程記憶、經(jīng)驗式學習行為等特性。更重要的是，實驗發(fā)現(xiàn)，外電場可顯著調(diào)控該異質(zhì)結(jié)的光響應效率，正、負電壓分別引起增強和抑制效果。深入研究表明，光信號主要激發(fā)異質(zhì)結(jié)界面的缺陷態(tài)，而電信號則主要通過驅(qū)動氧離子遷移實現(xiàn)界面缺陷態(tài)的密度調(diào)控，兩者協(xié)同調(diào)節(jié)界面肖特基勢壘的高度和寬度，從而獲得可電調(diào)控的光響應效率�；�于此，將光和電分別作為激勵和調(diào)制信號，很好地實現(xiàn)了興趣等因素調(diào)制的人類視覺記憶功能模擬。相關(guān)結(jié)果為構(gòu)建智能光電芯片和發(fā)展高效能計算機提供了材料和技術(shù)儲備，近日發(fā)表在ACS Nano期刊上（An Oxide Schottky Junction Artificial Optoelectronic Synapse），并申請國家發(fā)明專利1項（一種光激勵的神經(jīng)突觸仿生憶阻器及其制備方法，201811292353.8）。 bzz=8n  
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上述工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、浙江省自然科學基金、寧波市科技創(chuàng)新團隊以及寧波市自然科學基金等的資助。 eYLeytF]Uy  
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文章鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.9b00340