研究背景
有機(jī)記憶電阻器由于其在低成本制造、大規(guī)模集成和仿生功能方面的潛力，已經(jīng)成為神經(jīng)形態(tài)計算的很有前途的候選者。然而，它們的實際應(yīng)用往往受到有限的熱穩(wěn)定性和設(shè)備間的變化的阻礙。
基于此，我們嘗試?yán)糜袡C(jī)共軛聚合物一種基于有機(jī)聚合物（PTBZ-DPP）的憶阻器，基于電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制來實現(xiàn)漸進(jìn)和均勻的電阻開關(guān)，克服了與基于絲狀結(jié)構(gòu)的機(jī)制相關(guān)的挑戰(zhàn)，并在較寬的溫度范圍（153-573K）內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和可靠的電阻開關(guān)行為。該憶阻器優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和一致的性能使其能夠在不同的溫度條件下執(zhí)行圖像去模糊任務(wù)，表現(xiàn)出其可靠的神經(jīng)形態(tài)計算方面的潛力。本研究為先進(jìn)的神經(jīng)形態(tài)計算和人工智能應(yīng)用提供了實現(xiàn)高性能、耐高溫的硬件基礎(chǔ)。該工作以“Temperature-Resilient Polymeric Memristors for Effective Deblurring in Static and Dynamic Imaging”為題發(fā)表在Advanced Funtional Materials（自然指數(shù)期刊，影響因子=18.5）上（DOI：10.1002/adfm.202424382），論文第一作者為深圳大學(xué)電信學(xué)院呂子玉博士、碩士生江明浩，香港理工大學(xué)韓素婷老師、黃維揚(yáng)教授、張苗博士為論文的通訊作者。
研究思路及結(jié)果
研究人員提出了一種基于受體-受體（2,5-二辛基-3,6-二（硫吩-2-基）吡咯-4（2H，5H）二酮（DPP）作為受體1；噻二唑苯三唑（TBZ）作為受體）2）共軛聚合物（PTBZ-DPP），PTBZ-DPP聚合物中的兩個強(qiáng)吸電子單元能夠促進(jìn)分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT），實現(xiàn)漸進(jìn)的電阻開關(guān)。在電刺激下，器件中穩(wěn)定的電荷轉(zhuǎn)移過程有效地調(diào)節(jié)了聚合物膜內(nèi)的電荷傳遞，從而產(chǎn)生可靠的漸進(jìn)記憶響應(yīng)。相比之下，絲狀記憶電阻器雖然是研究最廣泛并表現(xiàn)出優(yōu)異的性能特性，但面臨著隨機(jī)離子遷移導(dǎo)致器件均勻性較差以及難以構(gòu)建操作范圍較寬的原型等挑戰(zhàn)。在該研究中，基于界面的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制本質(zhì)上避免了上述問題。
圖1. PTBZ-DPP憶阻器的設(shè)計思路和電學(xué)表征。
圖2. PTBZ-DPP憶阻器的溫度和環(huán)境穩(wěn)定性測試。
對器件進(jìn)行不同的溫度（153、373、473和573 K）處理30 min后進(jìn)行電學(xué)性能測試，器件表現(xiàn)出高度一致的記憶行為，顯示出良好的高溫耐受性和在極端條件下的應(yīng)用潛力。不同溫度下處理過后的PTBZ-DPP薄膜的表面粗糙度的表征結(jié)果（AFM）顯示：經(jīng)過低溫或高溫處理后，薄膜的形貌和粗糙度都沒有顯著變化，表明聚合物薄膜具有良好的熱穩(wěn)定性。
圖3.基于PTBZ-DPP的憶阻器在神經(jīng)形態(tài)系統(tǒng)中圖像識別的能力。
利用憶阻器的閾值開關(guān)特性對模糊圖像進(jìn)行去噪：經(jīng)過器件陣列濾波后不僅顯著提高了模糊圖像的清晰度，并提高了后續(xù)人工神經(jīng)中圖像識別任務(wù)的準(zhǔn)確率（從54.37%提升到了92.78%）。在不同溫度的影響下（153k、300k和573k），使用該系統(tǒng)對圖像進(jìn)行去噪后，準(zhǔn)確率都能提高到85%以上。這些結(jié)果表明，該憶阻器有在極端溫度環(huán)境下執(zhí)行神經(jīng)形態(tài)類腦計算的潛力。
該項目獲得國家自然科學(xué)基金項目（62122055, 62074104，62104154），和深圳市科技創(chuàng)新計劃項目（JCYJ20230808105900001, JCYJ20210324095207020）支持。
原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202424382
