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吉林大學(xué)團(tuán)隊(duì)極端環(huán)境電子器件研究取得新進(jìn)展
2025年12月30日 15:05:02
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：3212
近日，吉林大學(xué)副教授李順心等人在極端環(huán)境電子器件領(lǐng)域取得重要突破，成功構(gòu)建基于VO?(M1)納米顆粒的壓力自適應(yīng)人工突觸(PAAS)。
隨著人類對(duì)物理世界探索的不斷深入，極端環(huán)境下使用的電子設(shè)備需求日益迫切。其中，高壓環(huán)境相關(guān)的電子技術(shù)在空間研究、地球深部探測(cè)、深海調(diào)查等關(guān)鍵領(lǐng)域具有不可替代的作用。
這類探索任務(wù)需要處理海量復(fù)雜數(shù)據(jù)流，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的多功能集成、大容量存儲(chǔ)以及高帶寬數(shù)據(jù)感知、存儲(chǔ)與計(jì)算能力提出了嚴(yán)苛要求，傳統(tǒng)電子器件的壓力耐受性不足成為制約相關(guān)技術(shù)發(fā)展的核心挑戰(zhàn)。
近日，吉林大學(xué)副教授李順心等人在極端環(huán)境電子器件領(lǐng)域取得重要突破，成功構(gòu)建基于VO?(M1)納米顆粒的壓力自適應(yīng)人工突觸(PAAS)，該器件展現(xiàn)出優(yōu)異的高壓環(huán)境適配能力及神經(jīng)形態(tài)計(jì)算應(yīng)用潛力。相關(guān)研究成果已發(fā)表于國際權(quán)威期刊《Advanced Materials》。
針對(duì)這一難題，研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)的PAAS器件實(shí)現(xiàn)了重大突破，可在常壓(1atm)至15.1GPa的寬壓力范圍內(nèi)穩(wěn)定且高性能工作。研究發(fā)現(xiàn)，在VO?(M1)從常壓下的M1相轉(zhuǎn)變?yōu)?5.1 GPa以上的M1’相過程中，壓力會(huì)抑制其光誘導(dǎo)絕緣體-金屬相變中的Peierls路徑，使Mott機(jī)制成為主導(dǎo)。
這一相變機(jī)制的轉(zhuǎn)變帶來了顯著性能提升：器件的仿生可塑性大幅增強(qiáng)，最大配對(duì)脈沖易化指數(shù)從109.6%提升至155.4%；同時(shí)突觸后電流線性度顯著改善，Pearson相關(guān)系數(shù)從0.64提升至0.97，且全壓力范圍內(nèi)均保持穩(wěn)定的工作電流。值得注意的是，即便處于地殼下部的高壓環(huán)境中，該人工突觸仍能完整保留仿生學(xué)習(xí)功能。
在應(yīng)用驗(yàn)證中，基于該壓力自適應(yīng)人工突觸構(gòu)建的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)亮眼。在手寫數(shù)字識(shí)別任務(wù)中，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了95%—97%的驗(yàn)證準(zhǔn)確率；同時(shí)，該器件成功應(yīng)用于卷積自編碼器，可高效完成彩色圖像的降噪與重建任務(wù)，進(jìn)一步印證了其在高壓智能計(jì)算場(chǎng)景中的實(shí)用價(jià)值。
該成果突破了傳統(tǒng)智能器件的高壓應(yīng)用瓶頸，為極端高壓環(huán)境下的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算提供了全新解決方案，有望推動(dòng)空間探測(cè)、深部地球科學(xué)研究等領(lǐng)域的智能數(shù)據(jù)處理技術(shù)升級(jí)。
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