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基于Bi?O?Se的三端忆阻器中真正共存且独立表达的短时与长时程可塑性

DOI：10.1002/adma.201805769 期刊：Advanced Materials 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 不同时间尺度上多种突触可塑性的共存产生了复杂的认知过程。要在忆阻神经形态系统中实现相当的认知复杂性，必须具备能同时模拟短时程（STP）和长时程可塑性（LTP）的器件。然而现有忆阻器中，由于无法通过不同位点和机制进行解耦，STP和LTP只能选择性诱导。本研究首次报道了在三端忆阻器中真正实现STP与LTP共存，该器件利用独立物理现象分别表征两种可塑性形式。这是层状材料Bi2O2Se首次应用于忆阻器领域，为超薄、高速、低功耗的神经形态器件开辟了前景。通过STP与LTP的协同作用，系统可根据刺激频率或强度对瞬态突触效能进行全面调节——从抑制直至易化，从而为神经形态功能实现提供多功能器件平台。研究还开发了启发式循环神经回路模型来模拟复杂的"睡眠-觉醒周期自主调节"过程，其中STP与LTP的共存被认为是实现这种神经稳态的关键因素。这项工作为开发适用于高度动态神经形态计算的通用忆阻器平台提供了新思路。
作者： Ziyang Zhang，Tianran Li，Yujie Wu，Yinjun Jia，Congwei Tan，Xintong Xu，Guanrui Wang，Juan Lv，Wei Zhang，Yuhan He，Jing Pei，Cheng Ma，Guoqi Li，Haizheng Xu，Luping Shi，Hailin Peng，Huanglong Li
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

为了展示三端忆阻器中首次真正同时存在的短期可塑性（STP）和长期可塑性（LTP），且这两种可塑性形式分别基于独立的物理现象，并探索其在神经形态计算中的潜力。

研究成果

该研究成功地在三端Bi2O2Se基忆阻器中同时实现了长时程增强（LTP）和短时程增强（STP），其方法是通过解耦物理LTP与STP过程的发生位置，并利用它们不同的物理机制。这一成果显著提升了器件对突触固有生物特性的模拟能力，为开发超薄、高速、低功耗的神经形态器件提供了可能。

研究不足

与铁电开关等其他机制相比，电荷俘获/释放机制本质上较为缓慢，这可能会限制器件的运行速度。

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