記者從中國科學技術(shù)大學獲悉,該校郭光燦院士團隊孫方穩(wěn)課題組和國家同步輻射實驗室/核科學技術(shù)學院鄒崇文課題組合作,制備了基于二氧化釩(VO2)相變薄膜的類腦神經(jīng)元器件,并利用金剛石中氮-空位(NV)色心作為固態(tài)自旋量子傳感器探測了神經(jīng)元突觸在外部刺激下的動態(tài)連接,展示了類腦神經(jīng)系統(tǒng)中多通道信號傳遞和處理過程。這項研究成果近日在國際學術(shù)期刊《科學進展》(ScienceAdvances)發(fā)表。
類腦神經(jīng)元器件,即通常所說的類腦芯片,是指利用神經(jīng)形態(tài)器件去模擬人腦中的神經(jīng)元、突觸等基本功能,再進一步將這些神經(jīng)形態(tài)器件聯(lián)結(jié)成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),以模擬“大腦”的信息處理和存儲等復(fù)雜功能。
二氧化釩(VO2)作為典型的氧化物量子材料,在近室溫附近具有可逆的絕緣-金屬相變,是制備高開關(guān)比突觸器件的理想材料。本研究中,課題組研究人員基于近十年二氧化釩的研究基礎(chǔ),利用氧化物分子束外延設(shè)備克服了高純相結(jié)構(gòu)的單晶二氧化釩薄膜的制備瓶頸,從而直接模擬了神經(jīng)元之間的突觸動態(tài)連接過程。
此外,對于神經(jīng)元突觸單元之間的動態(tài)連接過程,實驗人員創(chuàng)新性利用金剛石中氮-空位色心進行量子傳感成像,清晰揭示了基于二氧化釩類腦神經(jīng)系統(tǒng)中多通道信號處理和傳導(dǎo)途徑與外在刺激之間的關(guān)聯(lián),為構(gòu)筑大規(guī)模人工突觸分層組織和神經(jīng)形態(tài)結(jié)構(gòu)提供了直接的實驗依據(jù)。
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