中國(guó)科學(xué)院在新型氮化鎵基光電器件領(lǐng)域取得進(jìn)展

據(jù)中國(guó)科學(xué)院消息，在前期納米柱相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上（Journal of Alloys and Compounds 2023, 966: 171498；Optics Express, 2023, 31: 8128；Nano Energy 2022, 100: 107437），最近中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所陸書龍團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了一種基于GaN基納米柱/石墨烯異質(zhì)結(jié)的人工突觸器件。

GaN基納米柱具有表面體積比大、穩(wěn)定性高和能帶連續(xù)可調(diào)等優(yōu)勢(shì)，但是其能否作為一種理想材料制備人工突觸器件，用于低功耗地模擬生物突觸特性，是值得研究的問題。

實(shí)驗(yàn)證明，在光刺激下該器件能夠有效模擬神經(jīng)突觸特性，包括記憶特性、動(dòng)態(tài)的“學(xué)習(xí)-遺忘”特性和光強(qiáng)依賴特性，可以實(shí)現(xiàn)從短期記憶（STM）到長(zhǎng)期記憶特性（LTM）的轉(zhuǎn)變（圖1）。

上述研究成果以Realize low-power artificial photonic synapse based on (Al,Ga)N nanowire/graphene heterojunction for neuromorphic computing為題發(fā)表于APL Photonics，第一作者是中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所博士生周敏。

在上述納米柱陣列的基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊(duì)提取了單根GaN納米柱，實(shí)現(xiàn)了人工突觸器件的制備，并與器件電導(dǎo)性能相結(jié)合，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬對(duì)數(shù)字圖像的識(shí)別，識(shí)別準(zhǔn)確率可在30個(gè)訓(xùn)練周期后高達(dá) 93%（圖2）。由于單根GaN納米柱的體積極小，單次脈沖能耗可低至 2.72×10-12 J，這有助于研發(fā)低功耗的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算系統(tǒng)。相關(guān)研究成果以Light-stimulated low-power artificial synapse based on a single GaN nanowire for neuromorphic computing為題發(fā)表于Photonics Research，共同第一作者是中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所博士生周敏和副研究員趙宇坤。