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拓?fù)涫澜纭靶陆灰?guī)”！南京大學(xué)提出新型類腦計(jì)算方案
2024年07月08日 10:12:01 來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：9623

南京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的這一成果不僅在科學(xué)上具有重要的理論意義，還在技術(shù)應(yīng)用上展現(xiàn)出廣闊的前景。

　　【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】南京大學(xué)物理學(xué)院繆峰教授、梁世軍副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南京理工大學(xué)程斌教授通過構(gòu)筑特殊堆垛構(gòu)型的魔角石墨烯器件，觀測(cè)到電子型鐵電性與拓?fù)溥吔鐟B(tài)的共存，并基于可選擇的準(zhǔn)連續(xù)鐵電開關(guān)，首次提出了噪聲免疫的類腦計(jì)算方案，該工作為開發(fā)基于拓?fù)溥吔鐟B(tài)的新型低功耗電子器件開辟了全新的技術(shù)路線。
 
　　傳統(tǒng)半導(dǎo)體芯片中的電子傳輸常受到散射作用，導(dǎo)致能量損耗大且效率低下就像在繁忙十字路口行駛的車輛，其運(yùn)動(dòng)軌跡往往是不規(guī)則的折線。相比之下，拓?fù)淞孔硬牧现械耐負(fù)溥吔鐟B(tài)則如同電子傳輸?shù)?ldquo;高速公路”，運(yùn)動(dòng)軌跡是一條直線，這種運(yùn)動(dòng)方式排除了外界的干擾，實(shí)現(xiàn)低能耗的直線傳輸。“做一個(gè)大膽的猜測(cè)，如果這種電子傳輸?shù)?lsquo;高速公路’能夠按需改變‘車流量’，也就是調(diào)控電子傳輸?shù)?lsquo;流量’，就有望實(shí)現(xiàn)其在低功耗電子器件中的應(yīng)用。”繆峰說。
 
　　莫爾超晶格材料是一類通過構(gòu)筑特殊的二維材料異質(zhì)結(jié)界面結(jié)構(gòu)所形成的材料體系，在其界面處具有晶格常數(shù)遠(yuǎn)大于初始二維材料的“超級(jí)”晶格。團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)全新的莫爾異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，通過一步步實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了陳數(shù)的非易失開關(guān)，這意味著鐵電陳絕緣體器件具有利用拓?fù)溥吔鐟B(tài)，實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)和運(yùn)算功能的潛力。之后，研究團(tuán)隊(duì)在魔角雙層石墨烯器件中實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)連續(xù)鐵電態(tài)的開關(guān)功能。
 
　　最后，研究團(tuán)隊(duì)利用鐵電陳絕緣體的拓?fù)溥吔鐟B(tài)作為信息載體，提出了噪聲免疫的類腦計(jì)算方案。其研究結(jié)果表明，相比于傳統(tǒng)的ReRAM器件，基于鐵電陳絕緣體器件的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有對(duì)噪聲免疫的特性，這表明拓?fù)浔Ｗo(hù)的量子邊界態(tài)在類腦計(jì)算中具有巨大應(yīng)用潛力。
 
　　南京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的這一成果不僅在科學(xué)上具有重要的理論意義，還在技術(shù)應(yīng)用上展現(xiàn)出廣闊的前景。首先，它推動(dòng)了拓?fù)淞孔硬牧显陔娮悠骷I(lǐng)域的應(yīng)用研究，為開發(fā)新型低功耗電子器件提供了新的思路和方法。其次，噪聲免疫的類腦計(jì)算方案為未來人工智能和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的硬件支持，有望在未來實(shí)現(xiàn)更高效、更穩(wěn)定的計(jì)算系統(tǒng)。最后，這一成果還促進(jìn)了物理學(xué)、材料科學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科的交叉融合，為科學(xué)研究的深入發(fā)展提供了新的動(dòng)力。
 
相關(guān)研究成果Selective and quasi-continuous switching of ferroelectric Chern insulator devices for neuromorphic computing于近日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·納米技術(shù)》(Nature Nanotechnology)。
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