用于神经态计算的基于二维纳米材料的电子突触

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61874075
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0408.新型信息器件
  • 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

This project will be devoted to design, fabricate, characterize, and optimize electronic synapses for neuromorphic computing. The devices will be emulated using memristors, and our strategy to enhance their performance is to use two dimensional materials with advanced properties, so that they could provide several enhanced capabilities to the synapses. The purpose of our work is to understand the main ingredients responsible for the resistive switching phenomenon, as well as finding strategies to control the current on/off ratio, cyclic endurance, retention time, power consumption, switching times, and switching voltages. Furthermore, we will put much effort on improving the variability of these parameters, both cycle-to-cycle and device-to-device, which are the biggest problems of memristive technologies. In particular, we will statistically analyze the switching characteristics between the high resistive state and low resistive state and vice versa, with the aim of elucidating the physical and chemical changes (i.e. atomic rearrangements) that produce the cyclical conductivity changes. Moreover, we will try to supply the devices with additional features, such as flexibility and transparency (among others). The experiments will be used combining device level devices (fabricated using electron beam lithography and photolithography) and nanoscale electronic measurements using conductive atomic force microscopy and in situ electrical characterization via transmission electron microscopy. We will also fabricate devices using ionic liquid to emulate exactly the functioning of synapses in the human brain. The experimental data collected will be matched with computational calculations.
本项目致力于实现神经形态计算中电子突触的设计,制造,表征和优化。该突触主要是由忆阻器来进行模拟,我们的具体方案是利用二维材料的优异特性来提高器件的性能,从而可以为突触提供更优异的性能。本项目的目的是理解导致阻变现象的主要因素,以及如何控制电流开/关比,循环周期,保留时间,功耗,开关时间和开关电压等。此外,我们同时也将致力于减小不同循环周期和不同器件之间的差异性,这也是忆阻技术面临的最大问题。更重要的是,进一步统计分析高低阻态切换的开关特性,这将帮助阐明该类器件呈现周期性阻态变化的物理和化学机制(即原子重排)。此外,我们将开发器件的更多优异性能,例如可弯曲性和透明性等。该实验将宏观器件(由电子束刻和光刻技术制成)、纳米尺度表征(导电原子力显微镜)以及TEM的原位电学表征相结合, 并利用离子液体来测试器件,从而精确模拟人脑中突触的功能。采集的实验数据,将和计算所得的结果相匹配。

结项摘要

利用二维材料构建忆阻器器件将赋予传统材料基忆阻器所不具备的一些特性,如高透明度、强机械强度、高柔韧性、强散热性能、超低功耗等,并且二维材料基器件可以同时表现双极性阻变和阈值阻变,另外二维材料基忆阻器可以模拟生物脑用作电子突触。本项目围绕“为实现神经态计算而设计、制造、表征和优化电子突触”的总目标开展研究,主要研究内容包括:1)使用2D材料作为开关层和/或电极,制造具有竞争力的电子突触。获得二维六方氮化硼基忆阻阵列器件良品率高达98%,且表现出超低的周期间差异性,低至1.53%和出色的器件间差异性,低至5.74%,实现三种阻态切换、无转移二维材料忆阻器构建等;2)深层阻变物理/化学机制的揭示。利用导电原子力显微镜、截面透射电子显微镜、电子损失能谱等对阻变层中的各种缺陷、导电细丝等进行物理尺寸和化学成份的定性与定量;3)构建出复杂二维材料忆阻器交叉杆神经网络阵列,且结构单元能够满足图像识别精度要求。而且,项目实施过程中成功在二维材料基忆阻器中观察到了随机电报噪声,并将这一现象应用于高级信息加密的一次性密码。本项目研究成果二维材料固态微纳电子中的应用提供基础,为构建面向未来的高密度存储和神经态计算提供了新的思路和方法。

项目成果

期刊论文数量(37)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(0)
In Situ Observation of Current Generation in ZnO Nanowire Based Nanogenerators Using a CAFM Integrated into an SEM
使用集成到 SEM 中的 CAFM 对基于 ZnO 纳米线的纳米发电机中的电流产生进行原位观察
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b00447
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Chao Wen;Xu Jing;Frank F. Hitzel;Chengbin Pan;Günther Benstetter;Mario Lanza
  • 通讯作者:
    Mario Lanza
Defect-free Metal Deposition on Two-dimensional Materials via Inkjet Printing Technology.
通过喷墨打印技术在二维材料上进行无缺陷金属沉积。
  • DOI:
    10.1002/adma.202104138
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Advanced materials
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Wenwen Zheng;Fernan Saiz;Yaqing Shen;Kaichen Zhu;Yingwen Liu;Clifford McAleese;Ben Conran;Xiaochen Wang;Mario Lanza
  • 通讯作者:
    Mario Lanza
Insulators for 2D nanoelectronics: the gap to bridge
二维纳米电子学的绝缘体:弥合差距
  • DOI:
    10.1038/s41467-020-16640-8
  • 发表时间:
    2020-07-07
  • 期刊:
    NATURE COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Illarionov, Yury Yu.;Knobloch, Theresia;Grasser, Tibor
  • 通讯作者:
    Grasser, Tibor
Resistive Switching Crossbar Arrays Based on Layered Materials
基于层状材料的电阻开关纵横阵列
  • DOI:
    10.1002/adma.202205402
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    Advanced Materials
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Mario Lanza;Fei Hui;Chao Wen;Andrea C. Ferrari
  • 通讯作者:
    Andrea C. Ferrari
Transmission Electron Microscopy-Based Statistical Analysis of Commercially Available Graphene Oxide Quantum Dots
基于透射电子显微镜的市售氧化石墨烯量子点统计分析
  • DOI:
    10.1002/crat.201900231
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    CRYSTAL RESEARCH AND TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Guo Biyu;Zuo Ying;Shi Yuanyuan;Han Tingting;Lanza Mario
  • 通讯作者:
    Lanza Mario

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其他文献

氧杂蒽染料修饰钴-硫脲配合物的光解水放氢性能(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    段春迎
基于串行BP网络的农业机器人视觉导航控制(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    唐晶磊;景旭;何东健;冯大淦;Tang Jinglei1,2,Jing Xu1,2,He Dongjian2,David Feng;2.College of Information Engineering,Northwest Agr;3.School of Information Technologies,The Universit
  • 通讯作者:
    3.School of Information Technologies,The Universit
稀土一荧光素双重荧光响应pH探针分子的合成与荧光性质研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    无机化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何成;张晓琳;景旭;刘福臣
  • 通讯作者:
    刘福臣

其他文献

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景旭的其他基金

面向类脑智能的二维材料基晶体管和忆阻器的神经形态集成
  • 批准号:
    62304036
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 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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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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