BP/POx层状结构离子隧穿调控机制及其神经形态应用探索

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51872010
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0207.无机非金属半导体与信息功能材料
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

As a two-terminal synaptic device, memristor is one of the most promising candidates for the implementation of neuromorphic computing. To develop neuromorphic memristors, it is necessary to make a thorough inquiry of the memristive mechanism, and the performance of memristor needs further enhancing. In this proposal, the mechanism of memristive behavior in BP/POx based devices is investigated and the performance is optimized to implement neuromorphic hardware. Combining the first-principles calculation method and experimental technologies, the intrinsic relationships between ion transport and memristive behavior in BP/POx based devices are revealed. The ion transport mechanism in BP/POx based stacks and the influencing factors of interlayer ion migration are studied by VASP and ATK. BP/POx layered materials are prepared by mechanical delamination and ultra-high vacuum magnetron sputtering, and BP/POx memristive stacks are fabricated with layered transfer technology, plasma-enhanced pulsed laser deposition (PLD), RF assisted high temperature CVD system and semiconductor lithography. The electrical properties of BP/POx memristive stacks are characterized and further improved from the aspects of the ions, size, and electrode materials and so on. Based on the theoretical calculation results and experimental data, the mathematical models of BP/POx based memristors are built for the simulation of memristive neuromorphic applications. With this model, memristor crossbar and memristive neural network are designed to optimize the formation process of crossbar electricity, and the neuromorphic behavior of memristor are clarified to develop neuromorphic devices. These results can advance the development of memristor based neuromorphic computing system, and promote the cognitive system research and artificial intelligence technology.
忆阻器是实现神经网络和神经形态计算最有前景的硬件单元之一,掌握忆阻器电导行为的微观机理是提高其性能并成功应用于神经形态器件的基础。本课题拟在现有工作基础上,采用第一性原理计算方法研究BP/POx中离子隧穿机制,探究层状材料中离子层间迁移的动力学机理及其影响因素。利用机械剥离法和超高真空磁控溅射制备BP/POx层状结构,结合转移技术、等离子体增强脉冲激光沉积(PLD)、射频辅助高温CVD系统与半导体光刻等工艺,制备BP/POx基堆叠结构,开展BP/POx层状器件离子隧穿电导行为与忆阻效应内在关系研究,揭示其忆阻机理的微观本质。利用SPICE和MATLAB/Simulink软件,设计忆阻Crossbar架构和神经网络电路,优化Crossbar电形成过程等特性,阐明其神经形态行为机制,探索忆阻器在类脑神经形态器件中应用。该研究对开发类脑智能器件,推动认知系统研究与人工智能发展具有重要意义。

结项摘要

忆阻器是实现神经网络和神经形态计算最有前景的硬件单元之一,掌握忆阻器电导行为的微观机理是提高其性能并成功应用于神经形态器件的基础。本课题在前期工作基础上,采用第一性原理计算方法研究了BP及其异质结相关材料的离子隧穿机制,探究了层间距、电场、应力大小等对材料能带的影响,制备了BP及异质结突触忆阻器,探究了其在神经形态计算中的应用。此外,在本项目的资助下,完成了氧化物、二维材料、量子点等结构的神经形态行为模拟,实现了图像精确识别,对推动认知系统研究与人工智能发展具有重要意义。期间共发表 SCI 论文 17 篇,申请美国专利2项,国家发明专利12项,其中授权7项。课题负责人获评宝钢优秀教师奖等称号,培养博士研究生7名,硕士研究生9名,多名本科生参与项目研究等。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(14)
Exceptional-surface-enhanced rotation sensing with robustness in a whispering-gallery-mode microresonator
回音壁模式微谐振器中具有鲁棒性的特殊表面增强旋转传感
  • DOI:
    10.1103/physreva.104.033505
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Physical Review A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Wenxiu Li;Yang Zhou;Peng Han;Xiaoyang Chang;Shuo Jiang;Anping Huang;Hao Zhang;Zhisong Xiao
  • 通讯作者:
    Zhisong Xiao
Fabrication of a Hierarchical Ni(OH)(2)@Ni3S2/Ni Foam Electrode from a Prussian Blue Analogue-Based Composite with Enhanced Electrochemical Capacitive and Electrocatalytic Properties
具有增强电化学电容和电催化性能的普鲁士蓝类似物复合材料制备分层 Ni(OH)(2)@Ni3S2/Ni 泡沫电极
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Chemistry Europe Journal
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiaojuan Chen;Longkun Yang;Yunxia Huang;Shuaipeng Ge;Hao Zhang;Yimin Cui;Anping Huang;Zhisong Xiao
  • 通讯作者:
    Zhisong Xiao
Tunable band offsets in the BP/P4O10 van der Waals heterostructure: first-principles calculation
BP/P4O10 范德华异质结构中的可调谐能带偏移:第一原理计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Wenzhen Dou;Anping Huang;Hongliang Shi;Xinjiang Zhang;Xiaohu Zheng;Mei Wang;Zhisong Xiao;Liming Liu;Paul K. Chud
  • 通讯作者:
    Paul K. Chud
Modulation of resistive switching in Pt/LiCoO2/SiO2/Si stacks
Pt/LiCoO2/SiO2/Si 叠层中电阻开关的调制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Materials Science: Materials in Electronics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qi Hu;Anping Huang;Xinjiang Zhang;Runmiao Li;Qin Gao;·Meng Wang;Mei Wang;Hongliang Shi;Zhisong Xiao;Paul K. Chu
  • 通讯作者:
    Paul K. Chu
Wrinkled-Surface-Induced Memristive Behavior of MoS2 Wrapped GaN Nanowires
MoS2 包裹的 GaN 纳米线的皱纹表面诱导忆阻行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Advanced Electronic Materials
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Yuhang Ji;Anping Huang;Mengqi Yang;Qin Gao;Xiuli Yang;Xueliang Chen;Mei Wang;Zhisong Xiao;Ruzhi Wang;Paul K. Chu
  • 通讯作者:
    Paul K. Chu

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其他文献

快慢光效应与光增益对光波导陀螺灵敏度的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    科学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓思盛;肖志松;燕路;张峰;张浩;赵龙;黄安平
  • 通讯作者:
    黄安平
Friedel-Crafts acylation reactions using catalytic SbCl5-TEBA complex as an efficient catalyst
使用催化 SbCl5-TEBA 络合物作为高效催化剂的 Friedel-Crafts 酰化反应
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Chinese Chem. Lett
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梁永民;黄安平;刘雪原;李莲花;武小莉;刘为民
  • 通讯作者:
    刘为民
1.4μm~1.7μm宽带光放大材料研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    应用光学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许怀哲;肖志松;朱放;周博;燕路;黄安平;王金良
  • 通讯作者:
    王金良
界面效应调制忆阻器研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄安平;郑晓虎;肖志松;王玫
  • 通讯作者:
    王玫
金属栅/高k基FinFET研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    微纳电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    黄安平;郑晓虎;王玫;肖志松
  • 通讯作者:
    肖志松

其他文献

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AI项目思路

AI技术路线图

黄安平的其他基金

Pt/TiMxOy/Pt/Si界面调控及忆阻行为调制机理
  • 批准号:
    51372008
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
HfMxOy/金属栅界面控制及有效功函数调制机理
  • 批准号:
    51172009
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
HfMxOy栅介质/应变Si堆叠结构界面及特性研究
  • 批准号:
    50802005
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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