在科技飛速發(fā)展的當(dāng)下，隨著摩爾定律的逐漸逼近極限，馮?諾依曼架構(gòu)的瓶頸愈發(fā)凸顯，如何構(gòu)建高速、低功耗的存算一體化系統(tǒng)，成為光學(xué)與電子領(lǐng)域亟待攻克的關(guān)鍵難題。就在近日，一項(xiàng)振奮人心的科研成果橫空出世 —— 全球首款全光譜可編程光控憶阻器成功誕生。這一創(chuàng)新突破源自沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)張西祥教授團(tuán)隊(duì)與浙江大學(xué)薛飛教授團(tuán)隊(duì)的緊密攜手、聯(lián)合攻關(guān)，相關(guān)研究成果更是榮登全球頂級(jí)期刊《Nature Nanotechnology》，為神經(jīng)形態(tài)計(jì)算領(lǐng)域開(kāi)啟了全新的發(fā)展篇章。

突破傳統(tǒng)限制，開(kāi)辟全光譜響應(yīng)新路徑

長(zhǎng)久以來(lái)，傳統(tǒng)光控憶阻器一直飽受光譜限制的困擾，其響應(yīng)范圍極為狹窄，極大地束縛了相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步拓展與應(yīng)用。而此次全新推出的全光譜可編程光控憶阻器，宛如一把利劍，成功斬?cái)嗔诉@一枷鎖。該憶阻器巧妙采用氮化硼（hBN）和硅（Si）異質(zhì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了從紫外至近紅外波段（375 - 1064nm）的全光譜響應(yīng)。這一突破性進(jìn)展堪稱(chēng)意義非凡，相較于現(xiàn)有技術(shù)，其波長(zhǎng)響應(yīng)范圍大幅拓寬了 400% ，猶如為未來(lái)光學(xué)神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的前行之路點(diǎn)亮了一盞明燈，奠定了極為堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從此，光控憶阻器不再局限于特定波長(zhǎng)的 “小天地”，而是能夠在更廣闊的光譜范圍內(nèi)大顯身手，為諸多復(fù)雜場(chǎng)景下的應(yīng)用提供了無(wú)限可能。

三態(tài)靈活切換，模擬生物記憶功能

這款光控憶阻器的卓越之處不僅體現(xiàn)在光譜響應(yīng)上，其在功能模式方面同樣取得了重大突破，具備了極為獨(dú)特的三態(tài)可切換光控記憶功能。當(dāng)處于低功率激光照射時(shí)，器件能夠迅速激活瞬態(tài)記憶，宛如模擬生物神經(jīng)元的短期記憶一般，對(duì)信息進(jìn)行短暫留存與快速處理；而當(dāng)切換至高功率激光時(shí)，又能瞬間形成長(zhǎng)期穩(wěn)定記憶，將重要信息牢牢鎖定，實(shí)現(xiàn)信息的永久存儲(chǔ)。更為驚艷的是，僅需單波長(zhǎng)激光，即可輕松完成模式重構(gòu)，賦予了設(shè)備無(wú)與倫比的靈活性和適應(yīng)性。這一特性使得該憶阻器在不同應(yīng)用場(chǎng)景下都能游刃有余，無(wú)論是需要快速處理海量臨時(shí)數(shù)據(jù)，還是對(duì)關(guān)鍵信息進(jìn)行長(zhǎng)期可靠保存，它都能完美勝任，宛如一個(gè)具備智慧的 “記憶大師”。

極端環(huán)境驗(yàn)證，展現(xiàn)卓越穩(wěn)定性

在實(shí)際應(yīng)用中，器件的穩(wěn)定性與可靠性至關(guān)重要，尤其是在一些極端環(huán)境下。而這款全光譜可編程光控憶阻器在這方面堪稱(chēng)表現(xiàn)卓越。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，它能夠在高達(dá) 300℃的高溫環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行 106 次，期間性能始終保持穩(wěn)定，毫無(wú)衰減跡象；同時(shí)，其數(shù)據(jù)保持時(shí)間超過(guò) 40,000 秒，展現(xiàn)出了強(qiáng)大的抗干擾能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)持久性。此外，該憶阻器還支持 4 英寸晶圓級(jí)均勻制備，且器件尺寸能夠精確控制至 500nm ，這為其大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)保障，意味著未來(lái)能夠以更低的成本、更高的效率實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，加速相關(guān)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的普及。

從技術(shù)創(chuàng)新角度深入剖析，此次合作成果具有多重關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)。在材料制備方面，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地運(yùn)用 250℃低溫等離子體沉積技術(shù)，成功在 4 英寸硅基板上制備出均勻且質(zhì)量上乘的氮化硼薄膜。這一工藝革新意義重大，不僅突破了傳統(tǒng)高溫工藝的重重限制，還實(shí)現(xiàn)了與現(xiàn)有半導(dǎo)體生產(chǎn)線工藝的無(wú)縫兼容，為后續(xù)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)鋪平了道路。在工作機(jī)制研究上，團(tuán)隊(duì)首次從量子層面深入揭示了其光控記憶模式調(diào)控機(jī)制，發(fā)現(xiàn)氫離子與光電子的協(xié)同作用能夠大幅降低質(zhì)子遷移能壘（較常規(guī)材料降低 67%），這一理論突破為進(jìn)一步優(yōu)化器件性能提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)，讓后續(xù)的研發(fā)工作有了更為明確的方向。

展望未來(lái)，隨著這款全光譜可編程光控憶阻器技術(shù)的不斷成熟與完善，其應(yīng)用前景將無(wú)比廣闊。在智能視覺(jué)領(lǐng)域，它有望助力實(shí)現(xiàn)光傳感、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)處理的高度集成，推動(dòng)仿生視覺(jué)芯片的研發(fā)邁向新高度，讓機(jī)器視覺(jué)更加接近甚至超越人類(lèi)視覺(jué)水平，為自動(dòng)駕駛、智能監(jiān)控、機(jī)器人視覺(jué)等眾多場(chǎng)景帶來(lái)革命性變革。在邊緣計(jì)算領(lǐng)域，憑借其高效的存算一體化特性，能夠極大地提升設(shè)備在本地處理數(shù)據(jù)的能力，減少數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、移動(dòng)終端等提供更強(qiáng)大的計(jì)算支持。可以預(yù)見(jiàn)，在不久的將來(lái)，這款凝聚著科研團(tuán)隊(duì)智慧與心血的創(chuàng)新器件，將如同星星之火，在諸多領(lǐng)域引發(fā)燎原之勢(shì)，為推動(dòng)科技進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力。

審核編輯 黃宇