高性能二维神经形态器件的生物启发式突破：气体受体协同作用机制

《Matter》：Bioinspired gas-receptor synergistic interaction for high-performance two-dimensional neuromorphic devices

研究人员针对二维过渡金属二硫化物（TMDC）侧向忆阻器电阻切换比受限的问题，开展研究并提出一种生物启发的气体（H?O）-受体（缺陷）协同作用（GRSI）机制，成功将电阻切换比提升超过10,000倍，为神经形态计算提供高性能、多功能的二维人工突触和痛觉感受器，推动其实际应用

　　二维过渡金属二硫化物（TMDC）侧向忆阻器在低能耗纳米级神经形态计算中展现出巨大潜力，其核心依赖于二维TMDC中的电阻切换（RS）现象。然而，目前二维TMDC侧向忆阻器的电阻切换比通常受限，主要原因是难以可逆地对二维材料进行重掺杂以提升其电阻切换能力。在此，受生物气体受体信号通路启发，研究人员报道了一种气体（H?O）-受体（缺陷）协同作用（GRSI）机制，将二维TMDC基忆阻器的电阻切换比大幅提升超过10,000倍。借助GRSI机制，人工突触器件能够模拟多种突触可塑性，并展现出卓越的长时程增强和抑制能力，具有较大的动态范围（>200）、多电阻态（2⁸水平）以及超低编程/读取功率（P_prog < 100 pW，P_read < 1 pW）。作为人工痛觉感受器，该器件能够精准模拟生物痛觉感受器的特征行为。更重要的是，GRSI机制可广泛适用于多种二维TMDC材料，包括二硫化钼（MoS?）、二硫化钨（WS?）、二硫化锡（SnS?）和二硫化铼（ReS?）。这项工作为高性能、多功能二维神经形态器件提供了生物启发的解决方案，进一步推动了其实际应用。